青年才俊多擔(dān)綱,科創(chuàng)才有大作為
——訪上海交通大學(xué)研究員、2012級(jí)星友金賢敏
金賢敏研究員
今年對(duì)金賢敏來(lái)說(shuō),可謂是收獲的一年。前不久他獲得了自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(300萬(wàn))的資助,支持他做光量子芯片研究。9月初,國(guó)內(nèi)外媒體報(bào)道上海交通大學(xué)自然科學(xué)研究院特別研究員、上海市“千人計(jì)劃”特聘專(zhuān)家、國(guó)家“青年千人計(jì)劃”專(zhuān)家金賢敏領(lǐng)銜的課題組完成世界首個(gè)海水量子通信實(shí)驗(yàn),觀察到光子極化量子態(tài)和量子糾纏可以在高損耗和高散射的海水中保持量子特性,這是國(guó)際首次通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證水下量子通信的可行性,這意味著量子通信網(wǎng)絡(luò)真正可以“上天、下海、入地”,海空一體的量子通信網(wǎng)絡(luò)也有望在未來(lái)實(shí)現(xiàn)。該研究成果發(fā)表在國(guó)際光學(xué)領(lǐng)域著名期刊《光學(xué)快報(bào)》(Optics Express)后,國(guó)際著名科學(xué)雜志《新科學(xué)家》(New Scientist)和《物理世界》(Physics World)分別以“穿越海水的量子比特”和“首個(gè)水下量子糾纏將導(dǎo)致不可破譯通信技術(shù)”為題進(jìn)行了報(bào)道,另外還有《美國(guó)周刊》、《每日郵報(bào)》等國(guó)際媒體以及量子領(lǐng)域同行將這一工作列為繼“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星之后,量子通信領(lǐng)域取得的又一里程碑工作。國(guó)內(nèi)媒體,包括新華社、科技日?qǐng)?bào)、文匯報(bào)以及各主要網(wǎng)絡(luò)媒體也都做了大幅報(bào)道。
我是在國(guó)內(nèi)外媒體對(duì)海水量子通信做了大量報(bào)道的一周后約時(shí)間拜訪這位青年科學(xué)家的。我感興趣的除了被訪人的這些出色的工作,還因?yàn)樗俏覀儐⒚餍谴蠹彝サ某蓡T——2012級(jí)星友。金賢敏很熱情,那天上午給我預(yù)留了整整半天,品嘗著他從英國(guó)帶回來(lái)的紅茶(這種地道的紅茶加一點(diǎn)牛奶味道極醇),我們聊得很順暢。
小金告訴我,其實(shí)海水中進(jìn)行量子通信這件事他們已經(jīng)做了兩年多,結(jié)果不太明朗時(shí)不愿意講,也沒(méi)有用它去申請(qǐng)經(jīng)費(fèi),到目前其實(shí)也還沒(méi)有。說(shuō)起2017年獲得自然科學(xué)基金委重點(diǎn)項(xiàng)目,小金說(shuō)整個(gè)過(guò)程讓他意外而感慨:“參加評(píng)審的專(zhuān)家都是信息口的,而我是偏物理的,也沒(méi)有關(guān)系,但這些評(píng)審專(zhuān)家提的都是科學(xué)問(wèn)題,不故意刁難,公正、公平,這種感覺(jué)非常好?!苯鹳t敏說(shuō):“自己這邊深感到拿經(jīng)費(fèi)也是一種責(zé)任,所以當(dāng)初是想先做出點(diǎn)眉目了再尋求支持,現(xiàn)在看來(lái)我們邁出的第一步是堅(jiān)實(shí)的,令人驚喜。我們希望下一步能有好的支持,繼續(xù)保持領(lǐng)先,探索水下量子技術(shù)的無(wú)限可能?!?/p>
金賢敏是安徽合肥人,父母都是農(nóng)民,有一個(gè)姐姐、一個(gè)妹妹。金賢敏本科就讀的安慶師范大學(xué)并非所謂的名校,以這樣的底子最終進(jìn)入上海交大任教,金賢敏坦陳自己可能是交大出身最草根的教授。這樣的背景也使他在招收研究生時(shí)有自己的考量標(biāo)準(zhǔn):“我并不是都看本科是否交大的,而更看重學(xué)生在他所在學(xué)校里是否冒尖,是否用功。很多學(xué)生可能和我一樣,小時(shí)候能得到的機(jī)會(huì)少,沒(méi)有接受過(guò)很好的教育和引導(dǎo),因此本科沒(méi)能進(jìn)入985或211大學(xué),但并不代表他們不夠聰明,不夠努力。進(jìn)入到新的更優(yōu)秀的群體中,他們也許仍然能夠做到冒尖。母校邀請(qǐng)過(guò)我回學(xué)校做報(bào)告,我非常樂(lè)意,我希望能以自己的經(jīng)歷,去鼓勵(lì)學(xué)弟學(xué)妹們,告訴大家只要有夢(mèng)想,相信自己,并且肯付出艱辛的努力,都可以成就自己心中的卓越?!?/p>
回憶起大學(xué)時(shí)光,金賢敏很得意,大把的時(shí)間,看書(shū)、社團(tuán)活動(dòng)、談戀愛(ài)和打工賺錢(qián)一樣不能少。臨近畢業(yè),大部分人選擇了工作,金賢敏選擇了考研,他說(shuō)當(dāng)時(shí)只想和別人不一樣。為此他非常投入,兩個(gè)月時(shí)間里幾乎每天在學(xué)校的通宵教室里度過(guò)十幾個(gè)小時(shí)。這種通宵教室的課桌椅很破,但燈24小時(shí)不滅,這種與周遭幾乎隔離的環(huán)境,讓人能非常投入于學(xué)習(xí)。苦行僧般付出兩個(gè)月后,小金獲得了學(xué)校破紀(jì)錄的高分,并以當(dāng)年中國(guó)科技大學(xué)近代物理系考生第一名的成績(jī)被錄取。這件事大大提升了他的信心:當(dāng)你很投入做一件事,你可以做得很好。這種自信一直陪伴著他,甚至影響了他的人生觀、價(jià)值觀。
金賢敏走進(jìn)科研之門(mén)是從跟著潘建偉老師開(kāi)始的。碩士第一個(gè)半年他還不是潘老師的學(xué)生,半年后有一次聽(tīng)了潘老師的量子信息方面的報(bào)告,很著迷,就很想到潘的實(shí)驗(yàn)室做研究?!拔揖腿フ遗死蠋?,說(shuō)雖然自己是外??歼M(jìn)來(lái)的,但成績(jī)第一,不能說(shuō)明我最聰明,但能說(shuō)明我的勤奮和態(tài)度。”系領(lǐng)導(dǎo)當(dāng)時(shí)不同意,潘當(dāng)時(shí)只有30歲,也不是什么領(lǐng)導(dǎo),但他是年輕教授中比較突出的一個(gè)。加上科大的氛圍是支持年輕人的。由于潘的堅(jiān)持,小金終于得到了進(jìn)潘老師實(shí)驗(yàn)室的機(jī)會(huì)。“那個(gè)時(shí)候換導(dǎo)師和專(zhuān)業(yè)都很難,進(jìn)入量子領(lǐng)域要感謝潘老師?!毙〗鸱磸?fù)提到這段知遇之恩。2004~2010年,金賢敏都是潘老師實(shí)驗(yàn)室的一員,其中2004~2008年讀博,2008~2010年在潘老師實(shí)驗(yàn)室做博士后。
6年多時(shí)間里小金主要做兩件事,從零開(kāi)始搭建兩套實(shí)驗(yàn)平臺(tái):一個(gè)是博士后期間搭建了基于激光冷卻原子的首個(gè)量子糾纏存儲(chǔ)平臺(tái);另一個(gè)是博士期間搭建了當(dāng)時(shí)首個(gè)長(zhǎng)距離自由空間量子隱形傳態(tài)系統(tǒng)。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)都很復(fù)雜,而且因?yàn)楹芮把兀蓞⒖嫉慕?jīng)驗(yàn)少。更悲催的是,短時(shí)間內(nèi)很難發(fā)文章。當(dāng)時(shí)其實(shí)是有一些比較討巧的做法的,就是跟著師兄用已有的平臺(tái),測(cè)一點(diǎn)數(shù)據(jù),這樣就能比較輕松、比較快地發(fā)一些好的文章,拿獎(jiǎng)學(xué)金,拿出國(guó) offer。
“我每次都比較倒霉,都要從頭開(kāi)始,而且都耗時(shí)好幾年?!钡臅r(shí)耗力的努力終得回報(bào)。金賢敏的博士論文工作是從八達(dá)嶺長(zhǎng)城到河北懷來(lái)之間架設(shè)16公里長(zhǎng)的量子信道系統(tǒng),完成了16公里自由空間量子傳態(tài)實(shí)驗(yàn)。前后做了兩三年,結(jié)果非常好,以封面文章發(fā)在《自然·光子》(Nature Photonics)期刊(小金是論文第一作者),這是世界光學(xué)領(lǐng)域影響力最大的學(xué)術(shù)期刊。這項(xiàng)工作還被兩院院士推為2010年中國(guó)十大科技進(jìn)展和科技部十大科技進(jìn)展,與之并列的其他十大進(jìn)展都是諸如嫦娥登月之類(lèi)的國(guó)家級(jí)特大型研究成果。這個(gè)工作的科學(xué)意義在于:光子在穿透整個(gè)垂直大氣層過(guò)程中的損耗僅相當(dāng)于在靠近地面的水平大氣中飛行5~10公里左右的損耗(這一損耗值被稱(chēng)為大氣層的等效厚度),金賢敏他們做了16公里,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了規(guī)定數(shù)值。這就完美驗(yàn)證了基于衛(wèi)星開(kāi)展量子通信的可行性。這個(gè)實(shí)驗(yàn)促使中國(guó)科學(xué)院堅(jiān)定地啟動(dòng)了量子科學(xué)衛(wèi)星先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)計(jì)劃,后來(lái)這顆量子衛(wèi)星被稱(chēng)為“墨子號(hào)”。
2008年,金賢敏按潘老師的安排留在組里做博士后,開(kāi)始負(fù)責(zé)搭建基于激光冷卻原子的量子糾纏存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。當(dāng)時(shí)小金是想出國(guó)做博士后研究的,但實(shí)驗(yàn)室需要他,他二話沒(méi)說(shuō)就留了下來(lái)。量子存儲(chǔ)是量子通信、量子計(jì)算的核心。潘老師很重視這一工作,也很清楚誰(shuí)最能勝任這一耗時(shí)又不討巧的工作(要花2~3年建平臺(tái),等建成時(shí),博士后就該出站了)。金賢敏告訴我,其實(shí)他在這個(gè)從零開(kāi)始搭建裝置的過(guò)程中學(xué)習(xí)、掌握了不少東西。經(jīng)過(guò)了兩次“從零開(kāi)始”,以后他對(duì)從零開(kāi)始做工作沒(méi)有恐懼感?!拔抑暗慕?jīng)歷,所謂的冷板凳效應(yīng)對(duì)我后來(lái)的科研生涯非常有幫助,‘冷板凳’的那幾年是我能安靜做事的幾年。我現(xiàn)在有能力并且敢做一些看起來(lái)很難但是很有意義的工作,得益于我以前兩個(gè)從頭開(kāi)始建平臺(tái)的研究經(jīng)歷,所以,我永遠(yuǎn)感激潘老師當(dāng)年給予的鍛煉機(jī)會(huì)?!?/p>
2010~2014年,金賢敏在英國(guó)牛津大學(xué)物理系工作了四年多,前兩年是作為博士后,后兩年被評(píng)為歐盟授予的“瑪麗·居里”學(xué)者,獲資助依托牛津大學(xué)相對(duì)獨(dú)立地開(kāi)展研究?,旣悺ぞ永飳W(xué)者計(jì)劃是歐洲最好的青年人才資助計(jì)劃,資助額度比大學(xué)老師的工資還高。這個(gè)申請(qǐng)不易,主要是看申請(qǐng)人以前的研究工作以及現(xiàn)在的研究想法,一旦拿到資助,申請(qǐng)者可以做自己想做的事。在牛津大學(xué)的這四年,金賢敏都是在做自己感興趣的事,也就是光量子芯片方面的工作。小金在牛津大學(xué)合作的導(dǎo)師是Ian Walmsley,他領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)是全球最早開(kāi)展光量子芯片工作的兩個(gè)最頂尖的實(shí)驗(yàn)室之一,另一個(gè)是在布里斯托大學(xué)。
金賢敏介紹,光量子芯片從2008年左右開(kāi)始興起,其背景是:量子信息技術(shù)經(jīng)歷了早期的原理性驗(yàn)證,接下來(lái)是要構(gòu)建大規(guī)模量子系統(tǒng),大到足以進(jìn)入人類(lèi)從沒(méi)能實(shí)現(xiàn)的尺度,比如50~100個(gè)量子比特,從而可能在探索新科學(xué)和新技術(shù)上實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)。而發(fā)展光量子芯片技術(shù)是突破傳統(tǒng)的宏觀光學(xué)系統(tǒng)的瓶頸,是推動(dòng)量子信息技術(shù)走向芯片化、集成化和實(shí)用化的關(guān)鍵和必然趨勢(shì)?!爱?dāng)時(shí)申請(qǐng)出國(guó)做博士后,我同時(shí)拿到了三四個(gè)offer,都是量子領(lǐng)域頂尖的研究組,最終選擇牛津,就是因?yàn)榕=蜻@個(gè)研究團(tuán)隊(duì)在光量子芯片方面的工作是量子領(lǐng)域未來(lái)的方向,我必須去學(xué)習(xí)。在牛津的這幾年我參與了制備光量子芯片,更主要是研究如何基于光量子芯片進(jìn)行量子通信和量子計(jì)算?!?/p>
2013年,國(guó)際上包括牛津大學(xué)在內(nèi)的四個(gè)小組同時(shí)完成了玻色子采樣量子計(jì)算方面的工作,并分別同時(shí)發(fā)表在《科學(xué)》(Science)和《自然·光子》上。這也是領(lǐng)域內(nèi)公認(rèn)的光量子芯片用于量子計(jì)算方面的開(kāi)創(chuàng)性工作。“玻色子采樣量子計(jì)算是一種專(zhuān)用的量子計(jì)算,它的價(jià)值在于提供了量子計(jì)算機(jī)和經(jīng)典計(jì)算機(jī)一較高下的一種平臺(tái),類(lèi)似于現(xiàn)在的阿爾法狗,用來(lái)讓人與人工智能進(jìn)行PK。但同時(shí)人類(lèi)很聰明,會(huì)想辦法把其他一些具體問(wèn)題關(guān)聯(lián)到玻色子采樣量子計(jì)算中,以此促進(jìn)量子專(zhuān)用計(jì)算機(jī)擴(kuò)展到其他有關(guān)聯(lián)的事情上。”
在牛津大學(xué)期間,金賢敏也充分感受了那里的實(shí)驗(yàn)室文化。通常導(dǎo)師會(huì)給博士后足夠的科研自由度,而且允許學(xué)生犯錯(cuò)。因?yàn)橹澜鹳t敏的實(shí)驗(yàn)背景強(qiáng),導(dǎo)師讓他與其他偏理論的博士后一起,同時(shí)負(fù)責(zé)光量子芯片和量子存儲(chǔ)兩個(gè)小組。這樣小金就有了施展的空間,構(gòu)思課題、調(diào)研、設(shè)計(jì)以及與同事一起解決困難,后兩年他甚至有獨(dú)立指導(dǎo)學(xué)生的自由度和能力了?!拔业牟┦亢筒┦亢髮?dǎo)師都是大牛,從他們身上我學(xué)到很多,其中非常重要的一點(diǎn)就是科學(xué)上要志存高遠(yuǎn)。構(gòu)思設(shè)計(jì)研究課題要么就是想法很巧妙,做某種范疇內(nèi)的人類(lèi)的第一次;要么就是做到技術(shù)上的極致,極致到足以推動(dòng)新的科學(xué)探索。”金賢敏還補(bǔ)充說(shuō),“這種機(jī)會(huì)是很難得的,上面有大老板在頂著,科學(xué)上允許犯錯(cuò),從中汲取教訓(xùn)并成長(zhǎng),做幾年博士后很值得,也很必要?!毙〗鸬膶?dǎo)師Ian Walmsley是牛津大學(xué)副校長(zhǎng)、英國(guó)皇家科學(xué)院院士,50多歲。小金回國(guó)那一年(2014年)之前,英國(guó)啟動(dòng)了一項(xiàng)耗資2.7億英鎊的科研支持計(jì)劃,支持四個(gè)學(xué)科研究,其中之一就是Ian Walmsley領(lǐng)銜的、基于光量子芯片的量子計(jì)算,差不多有5個(gè)億的人民幣,足見(jiàn)英國(guó)對(duì)這方面的重視。
牛津四年即將結(jié)束,即使工作生活都算順利舒心,但是畢竟相比國(guó)內(nèi)節(jié)奏較慢,而且總是缺乏歸屬感。金賢敏一直想能早日回國(guó)建立自己的實(shí)驗(yàn)室,把這些年積累的想法都去一一實(shí)現(xiàn),這超越了任何別的事情的吸引力。為此他決定放棄還有兩個(gè)月就能拿到的永居,辭職回國(guó),還有將來(lái)孩子的教育問(wèn)題(為此沒(méi)少給家人做思想工作)。
回國(guó)最順理成章的選擇是回到潘老師的團(tuán)隊(duì),一切駕輕就熟,拉幾個(gè)現(xiàn)成的高年級(jí)研究生,在現(xiàn)有平臺(tái)上,立即就可以出好成績(jī)。但是此時(shí)的金賢敏已經(jīng)堅(jiān)定了自己對(duì)未來(lái)發(fā)展和目標(biāo)的考慮。“做科研的關(guān)鍵是存異,而不是求同,要做自己有特色的、有專(zhuān)長(zhǎng)的、獨(dú)一無(wú)二的研究,這也是科研本身能夠給學(xué)者最大的回饋。自己想到一個(gè)idea,然后再想方設(shè)法克服各種困難把它實(shí)現(xiàn)了。世界上從來(lái)沒(méi)人做到過(guò),這種感覺(jué)很棒,是一種強(qiáng)烈的自我肯定,和打游戲通關(guān)的感覺(jué)一樣,是非常幸福的事情?!闭媚菚r(shí)上海交通大學(xué)正圍繞一些科學(xué)技術(shù)重大基本問(wèn)題沖刺世界前沿,躊躇滿(mǎn)志吸引人才。張杰校長(zhǎng)親自出馬招聘杰出人才。受此感召,金賢敏決定加盟交大,而上海交通大學(xué)雄厚的工科背景正好與他的想法不謀而合。因?yàn)樗吹搅孔油ㄐ藕土孔佑?jì)算有些方面已經(jīng)處于產(chǎn)業(yè)化邊緣,需要在基礎(chǔ)前沿和技術(shù)工程兩個(gè)方面同時(shí)發(fā)力、相輔相成,所以能來(lái)交大建立量子信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)室是非常好的選擇。此事很快落實(shí),2014年小金就全職回到了上海交大工作至今。
在學(xué)校的大力支持下,金賢敏組建了“光子集成與量子信息實(shí)驗(yàn)室”,專(zhuān)注于光量子芯片的研發(fā)、海水量子通信實(shí)驗(yàn)和寬帶量子存儲(chǔ)。這三個(gè)研究領(lǐng)域和課題金賢敏整整想了一年多才最后確定,要做的事情一定要非常有意義、有前景,還最好不要和以前學(xué)習(xí)、工作過(guò)的研究組正在做的研究重復(fù),最好新穎巧妙,世界上獨(dú)一無(wú)二。這樣又是從零開(kāi)始搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái),遇到了不少困難:高年級(jí)成熟的學(xué)生、儀器、技術(shù)積累、招生名額哪樣都缺。還要做新研究方向和新東西,又多了很多未知和不確定,壓力真的很大。在此期間小金曾回潘老師團(tuán)隊(duì)看過(guò)幾次,那里熱火朝天的場(chǎng)景和自己這里相對(duì)冷清和艱難的環(huán)境形成強(qiáng)烈對(duì)照,也有人勸他回去。但金賢敏不為所動(dòng),對(duì)自己認(rèn)準(zhǔn)的路還是要有信心,要堅(jiān)持。
這樣就聊到了這次因?yàn)樵趪?guó)際上首次成功完成海水量子通信實(shí)驗(yàn)而廣受矚目的最新進(jìn)展。金賢敏告訴我,要敢于嘗試,要敢于做引領(lǐng)性的工作,哪怕一開(kāi)始有諸多不確定性?,F(xiàn)在的研究結(jié)果令人振奮,接下來(lái)是要把實(shí)驗(yàn)的規(guī)模從幾米擴(kuò)展到幾百米量級(jí),目前他們的技術(shù)能力可以支撐這個(gè)實(shí)驗(yàn)。但如果沒(méi)有團(tuán)隊(duì)為基礎(chǔ),后期的發(fā)展是不容樂(lè)觀的。
聊到這一節(jié),話題轉(zhuǎn)向下一步發(fā)展迫切需要的團(tuán)隊(duì)支撐。
金賢敏說(shuō),團(tuán)隊(duì)力量偏弱,不足以支撐下一步發(fā)展是他眼下面臨的最棘手的難題。由于人手少,要做的事情多,無(wú)奈之下就從那些獲得推免即將來(lái)讀碩士研究生的大四學(xué)生中物色對(duì)象,招進(jìn)來(lái)提前培養(yǎng),這樣從大四起就能介入課題研究,這些學(xué)生投入科研的時(shí)間可以比通常的碩士研究生延長(zhǎng)一年多。
金賢敏并不掩飾他的憂慮:“我感覺(jué)我們這代年輕人面臨的困難還是顯而易見(jiàn)的,中國(guó)高校參照國(guó)外tenure track的做法很好,但是中國(guó)和國(guó)外情況畢竟不同,國(guó)內(nèi)很難吸引優(yōu)秀博士并建立博士后團(tuán)隊(duì),什么事都得自己做,招學(xué)生名額有限,只能一年一個(gè),有些年還有可能招不到,這樣實(shí)驗(yàn)技術(shù)細(xì)節(jié)無(wú)法傳承,非常不利于持續(xù)創(chuàng)新并保持領(lǐng)先?!苯鹳t敏再三強(qiáng)調(diào)他不是抱怨。其實(shí)他目前的境況在同年齡人中算是不錯(cuò)的,“我主要是對(duì)未來(lái)的前景不樂(lè)觀,擔(dān)心做不大。很可能媒體上動(dòng)靜越大,炒得越熱,我們以后靠邊站的概率就越大。因?yàn)橄嘟鼘?zhuān)業(yè)的單位重視了,加大投入,人員體量、空間和資金都比我們要大得多,我們就很難繼續(xù)做下去了。很可能開(kāi)了個(gè)好頭,但是不能一直保持領(lǐng)先,不能最后做強(qiáng),就采集不到最后的果實(shí)。”
希望以上金賢敏的憂慮直言能引起有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的重視。我們的大政策一直在鼓勵(lì)更多的年輕人脫穎而出,我們也知道其實(shí)創(chuàng)新的最大動(dòng)能來(lái)自那些尚未功成名就的年輕人。正在建設(shè)科創(chuàng)中心的上海也許也能在培育和促進(jìn)冒尖青年人才發(fā)展方面走在前面。對(duì)于有重大前景的課題成果和個(gè)人,例如金賢敏這樣的青年學(xué)者,讓他們有機(jī)會(huì)能擔(dān)綱建立市級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室或平臺(tái),在最困難的團(tuán)隊(duì)組建上給予關(guān)鍵支持,推動(dòng)萌發(fā)出來(lái)的星星之火形成燎原之勢(shì)。上海的科學(xué)家不只要成為第一個(gè)果實(shí)發(fā)現(xiàn)者,還要成為最后果實(shí)的摘取者!
[江世亮采寫(xiě)于2017年9月24日]