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潘建伟团队2017年实现多项世界领先的量子通信技术

作者:- 文章来源:- 点击数:39 更新时间:2017/12/26 8:35:42

图表:《自然》发布2017十大科学人物,潘建伟入选。图表:《自然》发布2017十大科学人物,潘建伟入选。

  无论是在因斯布鲁克,还是在家乡浙江东阳,潘建伟常说起自己“独处”的经历,登山晒晒太阳,田野挖挖荠菜,下河摸摸螺蛳……他急,为量子科研分秒必争;但他不“躁”,为维持内心对科学的纯粹追逐

  “如果大家对科学没有原始的冲动和兴趣的话,我们就很难成为一个真正的创新国家。”潘建伟说

  新华每日电讯记者周琳、徐海涛

“墨子号”量子科学实验卫星与阿里量子隐形传态实验平台建立天地链路(合成照片,2016年12月9日摄)。新华社记者金立旺摄  “墨子号”量子科学实验卫星与阿里量子隐形传态实验平台建立天地链路(合成照片,2016年12月9日摄)。新华社记者金立旺摄

  1996年,奥地利老城因斯布鲁克,一位中国小镇青年带着朴素的梦想来到这里,那时他想,一定要在中国建一个国际一流实验室。

  21年后的12月19日,国际顶尖学术期刊《自然》在最新一期的特写板块中发布了年度十大人物——在过去一年里对科学产生重大影响的十人,当年的这位青年上榜了。他所带领的中国量子“梦之队”,刷新了中国科研工作者在量子科学领域的国际显示度。

  “感谢新时代,感谢伟大的祖国;吾辈当继续努力前行,不负众望!”当选后,中国科学技术大学教授、量子通信科学卫星“墨子号”首席科学家潘建伟通过新华社发表感言说。

  我们试图走近这位微观世界的探梦者,去琢磨和感悟这追梦无惧、潜心默守、践诺传承的“量子精神”。

  十年一步,追梦无惧

  1987年,潘建伟从浙江老家考入中国科学技术大学(以下简称中国科大)近代物理系,第一次接触到了量子力学。

  “双缝实验中,人没有看电子时,就不能说它是从哪条缝过去的,这实在太奇怪了。一个人要么在上海,要么在北京,怎么会同时既在上海又在北京呢?”量子世界的奇妙与陌生让潘建伟陷入苦思,有一次期中考试,他的量子物理甚至差点没及格。

  那一年,他才17岁。

  随着对量子世界的逐渐深入,他认识到,物理学终究是门实验科学,再奇妙的理论也需要有实验检验。然而,上世纪90年代中国缺乏开展量子实验的条件。1996年硕士毕业后,潘建伟赴量子科研的重镇——奥地利因斯布鲁克大学攻读博士学位,师从量子实验研究的世界级大师塞林格。

  1997年,以他为第二作者的论文《实验量子隐形传态》在《自然》杂志上发表,该成果公认是量子信息实验领域的开山之作,被评为年度全球十大科技进展,入选“百年物理学21篇经典论文”。

  那一年,他27岁。

  量子光源是一种极其微弱的光信号。单光子级的光信号亮度,相当于一根蜡烛在140公里之外的人眼中的强度。要知道,人类肉眼能够分辨蜡烛光亮的极限距离,大约才700米。

  单光子级别的光源能否被地面接收?“就让我们试试看,大概只需要200万元,就可以为星地一体量子通信网络提供实验支撑。”2007年,潘建伟开始这一实验,为中国量子团队“筑梦”。

  那一年,他37岁。

  在浩瀚的太空,“墨子号”量子科学实验卫星与地面的量子保密通信“京沪干线”一起,首次搭建起天地一体化广域量子通信网络。

  3个月前,从中国发出的一声问好,就这样跨越了半个地球来到奥地利,实现了历史上首次洲际量子保密通信。“墨子号”作为近年来重大科技创新成果被写入党的十九大报告。

  这一年,他已经47岁。

  如今,世界首颗量子卫星“墨子号”从太空建立了迄今最遥远的量子纠缠,证明在1200多公里的尺度上,爱因斯坦都感到匪夷所思的“遥远地点间的诡异互动”依然存在。世界上第一台超越早期经典计算机的光量子计算机,在团队内诞生。目前最大数目的超导量子纠缠和完整测量,发布成果……

  量子大厦,破土孕育。

  潘建伟还有更大的目标——在地月间建立30万公里的量子纠缠,检验量子物理的理论基础,并探索引力与时空的结构。未来,希望结合中国在10至15年后的登月计划,实现Bell不等式检验实验。

  在朋友圈,潘建伟曾转发脸谱公司创始人扎克伯格的演讲,并挑出这样一段话:目标是我们意识到我们是比自己更大的东西的一部分,是我们需要更为之努力的东西。

  “只希望到60岁,我能把这个实验做完。”他说。

  于家为国,潜心默守

  每次去采访潘建伟,都可以在中科院量子信息与量子科技创新研究院门厅入口的墙壁上,看到刻着这样一段话——

  “回想自己的一生,经历过许多坎坷,唯一的希望就是祖国繁荣昌盛,科学发达。我们已经尽了自己的力量,但国家尚未摆脱贫困与落后,尚需当今与后世无私的有为青年再接再厉,继续努力。”

  这段话来自核物理学家赵忠尧。忠尧先生早年曾在欧美留学、工作,1950年顶着政治压力回国,甚至遭遇生命威胁,最终冲破阻挠回到祖国,奠定了中国原子核能事业的基础。

  第一次见到导师时,赛林格问他:“潘,你的梦想是什么?”“我的梦想是,在中国建一个和这里一样的世界一流的量子光学实验室。”

  出国之前他曾问前辈,一个这样的实验室需要多少钱?前辈说,需要大概800万元人民币。对于当时基础极为薄弱的中国而言,这太贵了。潘建伟于是选择了“曲线救国”。

  他组织科研队伍、开展实验室建设,同时与国际先进研究机构保持密切联系,“国内国外两边跑”,在奥地利维也纳大学、德国海德堡大学等机构从事合作研究。

  一件小事打动了他:他在德国住的时候,楼下有一个卖菜的小店,夫妻俩每年都要休5周的假期。“我们中国的小店主,恐怕不会花这么长的时间去度假。他们的蔬菜卖得很贵,科技带来的驱动力,使得经济社会快速发展,幸福平均转嫁到每一个劳动者身上,这就是科学技术的价值。”潘建伟说。

  一个实验室还远远不够。

  他发现,德国有着发达的科学技术和精良的制造业,这些都为德国的经济发展起了强大的推动作用,而经济发展最直接的受益者就是普通百姓。科技工作者如果有好的技术,就要尽可能转化,形成高科技战略产业,惠及每个人。

  “中国从前有个习惯,要么特别重视原理研究,要么特别重视应用研究,中间就会慢慢形成一个‘死亡之谷’。”潘建伟说,今后要加强应用基础研究,只有形成一个完整的创新链条,才能更好地推动量子信息技术的发展。

  从3个通信节点,到城域网,再到城际网、甚至洲际线路,一个天地一体的量子通信网络逐渐成形,为金融、政务等多领域提供了安全保密传输的可能性。

  “无论是我还是学生,不是为了出国而出国,而是要把最先进的技术学回来,希望有朝一日在国内做出领先的科研成果。”他说,“如果说当年杨振宁和李政道先生证明,中国人在国外可以做很好的‘科学’,那么我们现在证明了,中国人在国内也可以做很好的‘科学和技术’。”

  安静书桌,践诺传承

  5年前,潘建伟是陈宇翱的证婚人;如今,陈宇翱成了中国“第三代量子人”徐凭的证婚人。这两位证婚人,见证的不只是婚姻和光阴,更是中国量子科学人薪火相传的探索精神与坚韧毅力。

  量子世界流传着太多这样的传承。

  彼时,国内的量子科学研究既没有经费,也缺乏成熟环境,潘建伟将自己得意弟子陈宇翱、陆朝阳都送到了国际顶尖的实验室。学成后,不用一句催促,他们又回到了中国。

  ——这是老师与学生的约定。

  “墨子卫星大放异彩,以科学之醇,技术之奇,工程之实,诚然耀眼之星也。”在得知潘建伟当选后,中国科大物理学院原院长、教授刘万东在朋友圈里这样写道。

  ——这是前辈与后辈的对话。

  2007年,潘建伟到美国开会,他与自己的导师也有了一个新的约定:他希望能在2011年开始研制量子卫星,2016年发射。导师说,哪有那么快!于是二人约定,谁先发射,就和对方一起实现量子洲际实验。“到今年9月29日,我们合作了洲际量子密钥分发。”

  ——这是中国与国际的承诺。

  当代科研,不太可能是单兵突进,需要持久的合力。在采访中潘建伟说,量子卫星的研究,集合了中科院上海技术物理研究所、微小卫星创新研究院、光电技术研究所、国家天文台、紫金山天文台、国家空间科学中心等单位的“众智”成城、协同攻关。

  科学也不可能是毕其功于一役。

  12月19日,上海市徐汇区一家幼儿园家长助教课上,“量子通信是什么”成了主题。孩子们纷纷说,“量子比芝麻还要小”“量子钥匙不怕被偷”“量子和孙悟空一样,会分身术和筋斗云”……

  孩子们还不知道,这个神话比喻的创造者,正是潘建伟。

  再忙,他都会经常走进课堂,为学生们带来“开学一课”,还创办了以科普为目的的墨子沙龙。潘建伟说,他一直记得自己在国外留学期间的一个亲身经历。

  “我曾到阿尔卑斯山大峡谷,一个很少有外国人到的地方去游历。一个80多岁、满头白发的老太太,坐在轮椅上,问我是干什么的。我说我是做量子物理的。老太太问,你做量子物理的哪一方面?我说是量子信息、量子态隐形传输,就像时空穿越里面的东西。万万没想到,老太太说:‘我读过你在《自然》杂志上发表的那篇文章。’”

  一位80多岁的老太太,仍然出于兴趣驱动自己研读艰涩难懂的科学期刊,这是一种天生的好奇心驱使。“如果大家对科学没有原始的冲动和兴趣的话,我们就很难成为一个真正的创新国家。”潘建伟说。

  无论是在因斯布鲁克,还是在家乡浙江东阳,潘建伟常说起自己“独处”的经历,登山晒晒太阳,田野挖挖荠菜,下河摸摸螺蛳……他急,为量子科研分秒必争;但他不“躁”,为维持内心对科学的纯粹追逐。

  在一个安静的环境里,荡涤浮躁,人们充满对科学的尊敬,思想没有桎梏,人们耐心地按照自己的兴趣行事。科学,潘建伟的心灵家园,他要把这个送给所有人。

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