潘建偉 與量子結(jié)緣21年被質(zhì)疑也執(zhí)著向前

作為讓量子通信馳騁于天地之間的物理學(xué)家，潘建偉帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在量子通信技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)了國(guó)際領(lǐng)跑。早年為了把最先進(jìn)的技術(shù)學(xué)回來(lái)，潘建偉將一批學(xué)生“量身定制”并送往世界頂尖的實(shí)驗(yàn)室。當(dāng)他告訴學(xué)生國(guó)家需要他們時(shí)，當(dāng)年答應(yīng)回來(lái)的，都回來(lái)了。

2017年12月19日，國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》在最新一期的特寫(xiě)板塊中發(fā)布了年度十大人物。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、量子通信科學(xué)衛(wèi)星“墨子號(hào)”首席科學(xué)家潘建偉上榜。 在不同場(chǎng)合聽(tīng)“量子之父”潘建偉用通俗易懂的語(yǔ)言暢談?dòng)嘘P(guān)量子研究的一切，又會(huì)發(fā)現(xiàn)他和一般的科研人員不一樣，在探究事物本質(zhì)的熱情之外，更有資源整合的智慧，頗有社會(huì)活動(dòng)家的風(fēng)采。

從1997年算起，潘建偉已與量子結(jié)緣21年。即便在最初那些被人質(zhì)疑為“偽科學(xué)”的日子，他也執(zhí)著向前，終于在國(guó)際量子信息科學(xué)領(lǐng)域從追隨者變成了領(lǐng)跑者。

20世紀(jì)，隨著計(jì)算能力提高，曾經(jīng)堅(jiān)不可摧的密碼在竊聽(tīng)與黑客的攻擊下不堪一擊。據(jù)評(píng)估，相關(guān)犯罪每年會(huì)帶給全球數(shù)千億美元的經(jīng)濟(jì)損失。在潘建偉看來(lái)，突破信息安全的瓶頸對(duì)于保護(hù)公民和國(guó)家的機(jī)密資源至關(guān)重要。

于是，他把目光投向量子糾纏。處于量子糾纏的兩個(gè)粒子，無(wú)論相距多么遙遠(yuǎn)，對(duì)其中一個(gè)粒子的測(cè)量會(huì)瞬間改變另外一個(gè)粒子的狀態(tài)，如果試圖竊聽(tīng)或偷走任何一個(gè)粒子的信息，只會(huì)一無(wú)所獲。

這是迄今唯一安全的通信方式，核心是制備微觀粒子并實(shí)現(xiàn)多粒子糾纏。

然而，實(shí)驗(yàn)的進(jìn)程卻超乎想象地困難。激光管每秒鐘發(fā)出的光子約有1016個(gè)，要把它們一個(gè)個(gè)分離出來(lái)，加載信息，再傳輸出去——僅是制造單光子已經(jīng)阻力重重，更何況，潘建偉和他的團(tuán)隊(duì)還要進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)多光子糾纏。由于難度巨大，國(guó)際上對(duì)多光子糾纏的實(shí)驗(yàn)制備和操縱幾乎一片空白。

為了攻克這一世界性難題，潘建偉的項(xiàng)目組與之苦苦糾纏了近10年?！拔覀冇胸?zé)任讓國(guó)家和老百姓享受科學(xué)成果。”潘建偉，就這樣操縱著單個(gè)粒子，解開(kāi)微觀粒子蘊(yùn)含的詭秘和矛盾，把它們送進(jìn)我們的未來(lái)生活。

在位于合肥的中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)（簡(jiǎn)稱(chēng)“中科大”）實(shí)驗(yàn)室里，學(xué)生們私下稱(chēng)潘建偉是“Mr.Nature（自然先生）”。因?yàn)樵谶^(guò)去21年，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在量子物理與量子信息研究領(lǐng)域取得的科研突破，屢屢在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》《科學(xué)》上發(fā)表，是毫無(wú)疑問(wèn)的量子科學(xué)界“大?！?。但對(duì)于自己的專(zhuān)業(yè)選擇，潘建偉非常謙虛?！皬闹袑W(xué)到大學(xué)，一直覺(jué)得數(shù)學(xué)、英文都很難，只有物理簡(jiǎn)單?！彼蛄藗€(gè)比方，說(shuō)物理是一門(mén)“帶很少行李就能出門(mén)”的學(xué)科——記住很少的公式，就可以推導(dǎo)出很多結(jié)果。

在中科大念本科時(shí)，潘建偉第一次接觸量子力學(xué)。畢業(yè)后，他留在中科大攻讀理論物理學(xué)碩士學(xué)位，研究量子基本理論。然而，驗(yàn)證量子理論的設(shè)想需要尖端的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，但當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)的實(shí)驗(yàn)科學(xué)和國(guó)際相比還有很大的差距。

1996年，潘建偉到奧地利因斯布魯克大學(xué)攻讀博士。在導(dǎo)師塞林格的實(shí)驗(yàn)室里，他很快進(jìn)入狀態(tài)。1997年，以他為第二作者的論文“實(shí)驗(yàn)量子隱形傳態(tài)”在《自然》雜志上發(fā)表，被《科學(xué)》雜志評(píng)為年度全球十大科技進(jìn)展。此后，他和同事又先后在國(guó)際上首次完成量子糾纏交換，三光子、四光子糾纏及其非定域性檢驗(yàn)，量子糾纏純化等重要實(shí)驗(yàn)。

潘建偉通過(guò)一個(gè)個(gè)實(shí)驗(yàn)贏得了肯定，但他念念不忘要回國(guó)建一個(gè)世界一流的量子實(shí)驗(yàn)室。國(guó)內(nèi)當(dāng)時(shí)對(duì)于量子信息科學(xué)的了解不多，有人甚至質(zhì)疑這是“偽科學(xué)”，但潘建偉并不動(dòng)搖，每年都利用假期回國(guó)講學(xué)，和國(guó)內(nèi)前輩一起探討我國(guó)量子信息領(lǐng)域發(fā)展。

2001年，潘建偉回國(guó)組建了量子信息實(shí)驗(yàn)室。為了不和國(guó)外脫節(jié)，他在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都是國(guó)內(nèi)國(guó)外兩頭跑：在國(guó)內(nèi)繼續(xù)開(kāi)展量子信息實(shí)驗(yàn)研究的同時(shí)，到國(guó)外學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，并且有針對(duì)性地選送學(xué)生到國(guó)際頂尖的實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)。

但質(zhì)疑之聲也隨之而來(lái)。有人說(shuō)他是“假回國(guó)、真騙錢(qián)”，他能做的就是埋頭干，盡快出成績(jī)。經(jīng)過(guò)幾年的積累，潘建偉研究團(tuán)隊(duì)完成了充分的技術(shù)積累和人才儲(chǔ)備。2008年，他放棄了在國(guó)外大學(xué)的兼職崗位，將在國(guó)外的實(shí)驗(yàn)裝置陸續(xù)搬遷回中科大，分散在海外的年輕人也陸續(xù)回國(guó)，組成了以青年學(xué)者為骨干的研究團(tuán)隊(duì)。

不管是在位于上海浦東新區(qū)的中科大上海研究院，還是在合肥中科大，潘建偉接受采訪時(shí)穿的T恤都是同一個(gè)款式，左胸口的“Boss”字樣，倒是很貼切地概括了他在團(tuán)隊(duì)中的角色。作為量子衛(wèi)星首席科學(xué)家，如何搭建頂尖團(tuán)隊(duì)，如何通過(guò)體制創(chuàng)新留住人才，如何在與外界的協(xié)同發(fā)展中保持量子研究的國(guó)際領(lǐng)先位置，都是他需要面對(duì)的問(wèn)題。

搞科研，人才是關(guān)鍵。早年為了把最先進(jìn)的技術(shù)學(xué)回來(lái)，潘建偉送了一批學(xué)生出國(guó)，由于這些學(xué)生都是“量身定制”去往世界頂尖的實(shí)驗(yàn)室，如何“收回來(lái)”很考驗(yàn)智慧?！笆紫?，把學(xué)生送出去之前就有過(guò)約定，希望他們學(xué)成后能回來(lái)一起做一件偉大的事，一件有意義的事?！庇袀€(gè)故事潘建偉院士很有感觸——美國(guó)總統(tǒng)肯尼迪到美國(guó)宇航中心去，發(fā)現(xiàn)門(mén)口負(fù)責(zé)掃地的清潔工也很有自豪感，認(rèn)為自己正在幫忙把人們送到月球上去。潘建偉至今記得2009年國(guó)慶前夕，在北京國(guó)家博物館參觀完“復(fù)興之路”主題展后內(nèi)心非常激動(dòng)，給大洋彼岸的學(xué)生們發(fā)短信：國(guó)家需要你們回來(lái)。讓他感到欣慰的是，當(dāng)年答應(yīng)回來(lái)的學(xué)生，都回來(lái)了。

但作為一個(gè)召喚者，除了在精神上鼓勵(lì)青年人才，也必須在科研和生活條件上保證他們無(wú)后顧之憂(yōu)。“畢竟大家都拖家?guī)Э诘?，有一個(gè)高尚的目標(biāo)吸引大家，待遇也應(yīng)該有吸引力?！?/p>

人才的爭(zhēng)奪也非常激烈，“和谷歌、IBM這樣的企業(yè)相比，如果我們開(kāi)出的待遇是30（萬(wàn)），別人說(shuō)能給200（萬(wàn)），那即使有高尚的目標(biāo)，也架不住家人不樂(lè)意?！笨紤]到這些，潘建偉跟一些企業(yè)溝通，說(shuō)服他們效仿谷歌、IBM，直接資助前沿研究?！澳壳耙呀?jīng)跟阿里巴巴有合作，企業(yè)每年提供一筆經(jīng)費(fèi)，能夠把別人拼命來(lái)挖的人留下來(lái)，抵擋惡性人才競(jìng)爭(zhēng)?！?/p>

“如果說(shuō)當(dāng)年楊振寧和李政道先生證明中國(guó)人在國(guó)外可以做很好的‘科學(xué)，我們現(xiàn)在的團(tuán)隊(duì)證明了中國(guó)人在國(guó)內(nèi)也可以做很好的‘科學(xué)?！迸私▊フf(shuō)。

潘建偉最初與“量子”結(jié)緣時(shí)，還需要應(yīng)對(duì)“偽科學(xué)”質(zhì)疑，但他堅(jiān)定前行，如今在多個(gè)方向?qū)崿F(xiàn)超越。問(wèn)他是什么支撐他一路走到量子科學(xué)研究最前沿？他的回答是“興趣和責(zé)任”。

這一路不容易。剛回國(guó)的時(shí)候，很多人習(xí)慣性地問(wèn)：這個(gè)研究美國(guó)有沒(méi)有在做？“如果他們沒(méi)在做，就會(huì)覺(jué)得不靠譜。因?yàn)橹袊?guó)人更習(xí)慣跟進(jìn)、模仿?！贝送?，搞協(xié)同創(chuàng)新曾遇到“以誰(shuí)為主”的難題?！耙钥茖W(xué)家為主，還是以工程師為主？這需要慢慢磨合。量子衛(wèi)星的成功，可以說(shuō)是科學(xué)和工程的完美結(jié)合?！?/p>

他們的研究逐漸得到認(rèn)可。美國(guó)馬里蘭大學(xué)的量子物理學(xué)家克利斯朵夫·門(mén)羅說(shuō)：“每一次我看到他們的研究進(jìn)展時(shí)，都會(huì)感到震撼?！?017年7月，潘建偉以及他在中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的團(tuán)隊(duì)報(bào)告他們打破了量子隱形傳態(tài)的記錄，他們將地球上一個(gè)光子的量子態(tài)傳送到1400千米高空軌道衛(wèi)星上的一個(gè)光子上。9月，團(tuán)隊(duì)利用該衛(wèi)星向北京和維也納發(fā)射糾纏光子，生成的量子密鑰允許兩地的團(tuán)隊(duì)在完全安全的條件下視頻通話(huà)。因?yàn)闄z測(cè)光子的行為會(huì)擾亂它們的量子態(tài)，所以潛在的黑客不可能在不引起注意的情況下攔截密鑰。

此次實(shí)驗(yàn)是一次“歷史性事件”，潘建偉的前博士導(dǎo)師、目前任職于維也納大學(xué)的合作者安東·蔡林格評(píng)論道。他還表示，潘建偉的團(tuán)隊(duì)在量子互聯(lián)網(wǎng)方面已遙遙領(lǐng)先。量子互聯(lián)網(wǎng)是由衛(wèi)星和地面設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)在全球共享量子信息。

在潘建偉的帶領(lǐng)下，中國(guó)成為遠(yuǎn)距離量子通信技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者。在2017年12月19日，潘建偉入選國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》的年度十大人物。

《自然》發(fā)文評(píng)價(jià)潘建偉樂(lè)觀積極，充滿(mǎn)激情，在說(shuō)服經(jīng)費(fèi)資助機(jī)構(gòu)方面同樣表現(xiàn)出非凡的能力，“他打心底里相信中國(guó)政府會(huì)支持他的下一個(gè)大計(jì)劃：耗資20億美元、耗時(shí)5年的量子通信、度量和計(jì)算項(xiàng)目，這與2016年宣布的耗資12億美元的歐洲量子旗艦項(xiàng)目相對(duì)應(yīng)”。

潘建偉的過(guò)人之處在于能找到關(guān)鍵問(wèn)題且敢于冒險(xiǎn)，“擁有他是中國(guó)之大幸。”門(mén)羅說(shuō)。