與量子糾纏20年

潘建偉+李靜濤

我從17歲開(kāi)始努力，花了9年的時(shí)間，一直到26歲，她終于答應(yīng)可以嫁給我了。這件事給了我足夠的信心，我當(dāng)時(shí)對(duì)自己說(shuō)：“這么難的事情都可以做成，這世界上還有什么做不成的事情呢？”

——潘建偉口述

2017年12月19日，國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)布了年度十大人物——在過(guò)去一年里對(duì)科學(xué)產(chǎn)生重大影響的10人。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星首席科學(xué)家潘建偉上榜。

《自然》以《量子之父》（FATHER OF QUANTUM）為題報(bào)道了潘建偉，開(kāi)頭這樣寫(xiě)道：“在中國(guó)，有人稱他為‘量子之父。對(duì)于這一稱呼，潘建偉當(dāng)之無(wú)愧。在他的帶領(lǐng)下，中國(guó)成為遠(yuǎn)距離量子通信技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者?！?/p>

潘建偉也是《環(huán)球人物》評(píng)選出的年度人物之一。以下是《環(huán)球人物》記者和他“聊一聊”的記錄。

從浙江東陽(yáng)的農(nóng)村娃，到“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星和“京滬干線”量子通信網(wǎng)絡(luò)首席科學(xué)家，潘建偉一路走來(lái)，深感不易，心懷感恩。這份不易不僅有關(guān)于自己的人生經(jīng)歷，更有關(guān)于中國(guó)科技的發(fā)展和普及。

出去是為了更好地回來(lái)

有的同事說(shuō)很羨慕我，因?yàn)槲医M里的人不管出（國(guó)）去了多少，最后都回來(lái)了。對(duì)于科學(xué)家來(lái)說(shuō)，出國(guó)留學(xué)、工作也不是什么新鮮事，關(guān)鍵是出國(guó)的目的是什么。

我是1987年考入中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱中國(guó)科大）近代物理系的，本科時(shí)接觸到了量子力學(xué)。從一開(kāi)始，我就被量子力學(xué)給搞糊涂了。像量子疊加、量子糾纏的問(wèn)題，當(dāng)時(shí)我覺(jué)得是不應(yīng)該發(fā)生的，有一次期中考試還因此差點(diǎn)沒(méi)及格。

要搞清楚這類問(wèn)題必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)，但當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)還不具備這個(gè)條件，所以沒(méi)辦法，1996年，我碩士畢業(yè)后就選擇了出國(guó)留學(xué)，到奧地利攻讀博士學(xué)位。

那年國(guó)慶節(jié)之后，我先到維也納，然后轉(zhuǎn)火車(chē)去因斯布魯克。到了之后，我把行李一扔就跑到導(dǎo)師塞林格的辦公室里。他的辦公室窗外就是阿爾卑斯山，景色很美。

他問(wèn)我：“你的夢(mèng)想是什么？”

我也不知道自己當(dāng)時(shí)是想好了還是沒(méi)想好，反正張口就說(shuō)：“我將來(lái)就想在中國(guó)建一個(gè)像您這里的實(shí)驗(yàn)室，世界一流的量子光學(xué)實(shí)驗(yàn)室。”

他點(diǎn)點(diǎn)頭，說(shuō)很好啊。從1997年開(kāi)始，留學(xué)期間，我每年都趁著假期回中國(guó)科大講學(xué)，提一些量子信息領(lǐng)域的發(fā)展建議，也盡力帶動(dòng)一些研究人員進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域。

現(xiàn)在回想起來(lái)，我當(dāng)初出國(guó)的目的就是把那些問(wèn)題搞清楚，然后更好地回來(lái)工作。所以2001年的時(shí)候，我就回國(guó)在中國(guó)科大組建了物理與量子信息實(shí)驗(yàn)室。

在國(guó)外的那些年，除了學(xué)習(xí)先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，還有兩件事讓我印象很深。有一次，我在阿爾卑斯山大峽谷，遇到了一位大概80歲、滿頭白發(fā)的老太太。

她坐在輪椅上問(wèn)我是干什么的，我說(shuō)是做量子物理的。她又問(wèn)：“你做哪一方面？”我說(shuō)是做量子信息、量子態(tài)隱形傳輸，就像時(shí)空穿越里面的東西。老太太若有所悟地說(shuō)：“我知道你，我讀過(guò)你在《自然》雜志發(fā)表的那篇文章?！?/p>

我萬(wàn)萬(wàn)沒(méi)想到，一個(gè)80多歲的老太太竟然去讀艱澀難懂的科學(xué)期刊。還有一次，我在德國(guó)海德堡做了一個(gè)手術(shù)，醒來(lái)以后護(hù)士正好站在病床前。她問(wèn)我：“潘教授，您是不是研究跟時(shí)空穿越類似的東西?。俊蔽尹c(diǎn)了點(diǎn)頭。她興奮地說(shuō)：“那能給我講講嗎？”當(dāng)時(shí)，我鼻子里插著管子，不太方便，就跟她說(shuō)：“現(xiàn)在講不了，我回頭給你點(diǎn)資料吧。”

老太太和護(hù)士都是普通人，但她們對(duì)科學(xué)的興趣讓我很受感動(dòng)，這是一種天生的好奇。所以我現(xiàn)在在國(guó)內(nèi)也經(jīng)常做科普演講，盡量用最生動(dòng)的方法講科學(xué)，人們很感興趣。中國(guó)人對(duì)科學(xué)越來(lái)越有興趣，這是好事。

眼淚唰唰地往下流

在我們自己的研究院，也就是中國(guó)科學(xué)院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院門(mén)廳入口的墻壁上，刻著一段話：“回想自己的一生，經(jīng)歷過(guò)許多坎坷，唯一的希望就是祖國(guó)繁榮昌盛，科學(xué)發(fā)達(dá)。我們已經(jīng)盡了自己的力量，但國(guó)家尚未擺脫貧困與落后，尚需當(dāng)今與后世無(wú)私的有為青年再接再厲，繼續(xù)努力?！?/p>

這是核物理學(xué)家趙忠堯前輩的話，我和同事們進(jìn)進(jìn)出出總能看到。趙忠堯先生早年曾在歐美留學(xué)，工作，1950年頂著美國(guó)的政治壓力回國(guó)，后來(lái)?yè)?dān)任了中國(guó)科大近代物理系首任系主任，為新中國(guó)的科學(xué)發(fā)展做出巨大的貢獻(xiàn)。

老一輩科學(xué)家對(duì)國(guó)家、民族的感情，一直以來(lái)對(duì)我的影響都很大。

1999年我還在國(guó)外，趕上國(guó)慶50周年。在中國(guó)駐奧地利大使館，我看了一部有關(guān)兩彈一星元?jiǎng)椎募o(jì)錄片，里面講到物理學(xué)家郭永懷的故事。

1968年，郭永懷在青海試驗(yàn)基地發(fā)現(xiàn)了一個(gè)重要的線索，乘機(jī)趕回北京匯報(bào)，沒(méi)想到飛機(jī)失事了。飛機(jī)墜落前，他和自己的警衛(wèi)員緊緊抱在一起，中間夾著裝了數(shù)據(jù)資料的公文包。出事后，他們的遺體都被燒焦了，人們費(fèi)了好大勁才把遺體分開(kāi)，然后發(fā)現(xiàn)了完好無(wú)損的公文包。對(duì)他們來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)比生命都重要。

這段故事，我終身難忘。別人說(shuō)我當(dāng)時(shí)眼睛里有淚，其實(shí)我是完全忍不住了，眼淚唰唰地往下流。沒(méi)有這些老一輩的科學(xué)家，就沒(méi)有兩彈一星，也就沒(méi)有我們中國(guó)的大國(guó)地位。

還有理論物理學(xué)家賀賢土，也對(duì)中國(guó)核武器發(fā)展的貢獻(xiàn)很大。原子彈、氫彈爆炸成功的時(shí)候，他的單位在北京花園街一帶。爆炸成功的第二天早上，他們從單位出來(lái)一看，門(mén)口的地上有很多人寫(xiě)的字：“人民感謝你們！”“你們?yōu)樽鎳?guó)爭(zhēng)光了……”賀賢土先生說(shuō)，看到地上那些字，感覺(jué)所有的艱辛困難都無(wú)所謂了。

在對(duì)科學(xué)的好奇上，我們跟這些老一輩科學(xué)家有著共同的精神血脈，在對(duì)國(guó)家的感情上也是一樣。不管時(shí)代如何變遷，個(gè)人的命運(yùn)總是和國(guó)家緊密相連的，所以我經(jīng)常跟去國(guó)外學(xué)習(xí)的年輕人說(shuō)，學(xué)成了要回國(guó)。

我的學(xué)生陳宇翱——現(xiàn)在也是中國(guó)科大的教授了，曾在國(guó)外深造。2009年國(guó)慶節(jié)前，我給他發(fā)了條短信：“宇翱，我正在人民大會(huì)堂看《復(fù)興之路》，感觸良多！甚希望你能努力學(xué)習(xí)提升自己，早日學(xué)成歸國(guó)為民族復(fù)興、科大復(fù)興盡力！”

他說(shuō)自己當(dāng)時(shí)正在做實(shí)驗(yàn)，收到短信真想扔下手里的活，馬上回國(guó)。一個(gè)人和他的祖國(guó)，好比跟母親、跟家庭的關(guān)系一樣，有一種最樸素的情感和依戀。

量子通信，我們中國(guó)在世界領(lǐng)跑

現(xiàn)在，“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星和“京滬干線”量子通信網(wǎng)絡(luò)很受關(guān)注，但很多人不太明白量子通信到底是怎么一回事。我正好是這兩個(gè)項(xiàng)目的首席科學(xué)家，可以和大家簡(jiǎn)單、通俗地說(shuō)一說(shuō)。

我們知道，傳統(tǒng)的光通信是以光為載體進(jìn)行的，光脈沖里有很多很多光子。光通信的信號(hào)是可以被復(fù)制的，也可以被分成一模一樣的兩半。好比有一個(gè)文件，別人可以拿復(fù)印機(jī)復(fù)印一下上面的信息，我是不知道的；別人也可以把信號(hào)分成兩半，我能讀到，他也能讀到。這樣光通信就存在安全隱患，信息可能被別人竊取，我卻渾然不知。

但是，量子通信就不一樣了。如果中間有人來(lái)竊取信息，他無(wú)非有兩種方法：復(fù)制或者分割。量子通信用最小的光量子做信息載體，無(wú)法被分割，恰好量子又有無(wú)法被復(fù)制的特性，所以竊取信息的人既無(wú)法復(fù)制信息，也分割不了信息，這就保證了信息的安全性。

這就是量子通信最基本的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。除非他拿走這個(gè)信息，那我就收不到了，等于給我一個(gè)警報(bào)——信息被竊取了。所以量子通信說(shuō)來(lái)也簡(jiǎn)單，本質(zhì)和經(jīng)典通信是一樣的，只不過(guò)更安全。

我呢，工作說(shuō)白了就是跟量子“糾纏”，夢(mèng)想就是“操縱”量子，讓量子更好地為我所用。從2001年回國(guó)創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)室，到去年量子衛(wèi)星發(fā)射，再到今年“京滬干線”開(kāi)通，這是量子通信從基礎(chǔ)研究到小規(guī)模應(yīng)用、再到遠(yuǎn)距離應(yīng)用的過(guò)程，也是我過(guò)去十五六年做的工作?？梢哉f(shuō)，我們中國(guó)的量子通信技術(shù)在世界上處于領(lǐng)跑地位。

工作之外，我自認(rèn)為是一個(gè)熱愛(ài)生活、享受生活的人。

有時(shí)候，我喜歡一個(gè)人待著，遠(yuǎn)離喧鬧的人群，自己靜一靜。在國(guó)外留學(xué)時(shí)，我會(huì)到萊茵河畔摘韭菜、薺菜。比較煩躁的時(shí)候，我就去旅行，去郊外甚至野外轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)。

2003年，我本來(lái)應(yīng)該3月份去德國(guó)，但是想到浙江東陽(yáng)老家的薺菜很好吃，這一走就吃不到這么好吃的薺菜了，所以我拖了一段時(shí)間，等春天薺菜采完了才走的，這也是生活的情調(diào)嘛。

做任何新領(lǐng)域的科研都是艱苦的探索，不過(guò)我覺(jué)得只要有決心，就一定能做成一些事情。比如說(shuō)，我17歲的時(shí)候在日記里寫(xiě)了一個(gè)心愿：希望經(jīng)過(guò)多年努力，將來(lái)能娶我的一個(gè)女同學(xué)為妻。

想要把這件事做成不容易。

我從17歲開(kāi)始努力，花了9年的時(shí)間，一直到26歲，她終于答應(yīng)可以嫁給我了。這件事給了我足夠的信心，我當(dāng)時(shí)對(duì)自己說(shuō)：“這么難的事情都可以做成，這世界上還有什么做不成的事情呢？”

現(xiàn)在，我們處在一個(gè)大時(shí)代、新時(shí)代，能在國(guó)家的支持下，做成一些有益的事情，一些領(lǐng)先世界的事情，一些讓國(guó)外同行也羨慕的事情，我很感恩。