潘建伟:量子世界的领跑者

2020-10-12 14:18
学苑创造·C版 2020年9期
关键词:塞林格潘建伟量子

在中国,有人称他为“量子之父”。在他的带领下,中国成为远距离量子通信技术的领导者。他使中国在量子领域从落后到完美实现对美国弯道超车,是当之无愧的“量子之父”!

主持:棉花糖

潘建伟,中国著名物理学家、中国科学院院士、发展中国家科学院院士。主要从事量子信息领域的研究,是国际上量子信息和量子通信实验研究领域的先驱和开拓者之一,是该领域有重要国际影响力的科学家,取得了很多重大研究成果。

在全球的量子通信技术竞赛中,中国起步远远落后于欧美等发达国家。但是在中国科学院院士、中国科技大学教授潘建伟的带领下,中国成功地实现了“弯道超越”,并成为世界上首个将量子科学实验卫星送入太空的国家。

逐夢者

17岁那年,潘建伟考上了中国科技大学(简称中科大),在选择数学专业还是物理专业时,中学老师韦国清告诉他:“数学完全靠自由思想的创造,在很大程度上像是智力游戏,而你感受鲜活、对事物敏感、善于发现规律,更适合学习物理。”潘建伟听从了老师的建议。开学第一天,潘建伟读到《爱因斯坦文集》的序言,里面有一句话说:“那是一种天籁,量子力学所预言的种种奇特现象,以及量子力学诞生一百年来对人类物质文明进步所带来的巨大变革,使我一下子迷上了量子物理。”这句话让探究量子世界的各种奇妙现象,成了潘建伟终生奋斗的目标。

此后,潘建伟对量子力学着了迷。大学毕业,在选择导师和去哪个国家留学时,潘建伟迟迟没有做出决定,眼看其他同学都顺利出国,家人有些着急。潘建伟对家人说:“不能为了出国而出国,我要选准方向,选对导师,学最先进的技术,将来回国效力。”一番考虑后,潘建伟放弃了一位诺奖得主作为导师,反而选择了师从该得主的弟子安东·塞林格教授。

为了在导师面前露一手,潘建伟根据自己在国内的研究经验,用了一个多月时间,酝酿了一个对量子态进行隐形传输的实验方案。他反复修改,觉得很完美了,便在实验小组里报告设想的方案。然而,当报告结束时,所有的人都捂着嘴偷笑。塞林格忍住笑问他:“潘,你不知道我们的另一个小组正在做这个量子态隐形传输的实验方案吗?”潘建伟一听,马上要求加入这个实验小组,考虑再三,塞林格接受了他的请求。

在导师的指导下,潘建伟开始在这一领域奔跑。仅仅一年时间,1997年他就和同事合作在《自然》杂志上发表论文,宣布在实验中实现了量子态隐形传输。这被公认为是量子信息实验领域的开山之作,《科学》杂志将其列为年度全球十大科技进展。

潘建伟取得博士学位后,要回国效力。塞林格教授极力挽留,希望他留在自己身边:“你回国连个实验室都没有,也没有学术氛围。而在这里,你很快就会成为世界顶级的科学家。”然而,潘建伟还是拒绝了教授的好意。

追随者

潘建伟高兴地回到国内,却发现自己对现实的估计过于理想化了。因为量子信息研究在国内是一片空白,不仅不被承认,甚至还被认为是伪科学。他向几所著名高校和国家相关科研院所申请科研经费建立量子力学实验室,均未收到一丝回音。苦恼的潘建伟不得已申请了几个国外大学的教职,边教学边等待机会。

就在这时,潘建伟那篇有关量子态隐形传输的论文被《自然》杂志选入“百年物理学21篇经典论文”,一同入选的,还有“爱因斯坦建立相对论”等重大成果。消息传到国内,潘建伟提交的科研项目申请终于有了眉目。

2001年,潘建伟开始在母校组建量子力学实验室,中科院和中科大及时给了他“输血式”的支持,提供了690万元的研究经费。有了资金,潘建伟渡过了第一道难关。

然而,第二道技术难关接踵而至。国内的研究水平和人才储备都很薄弱,必须与国际先进实验小组保持密切联系。于是,潘建伟回到塞林格教授身边,从事多光子纠缠方面的合作研究。这段时间,潘建伟把一天当两天用,一边在国外学习经验,一边指导国内研究生建立实验室。

有付出就有回报。不到一年,潘建伟带领的年轻科研团队,在权威杂志《物理评论快报》上发表了7篇论文。2004年,潘建伟在国际上首次实现了五光子纠缠和终端开放的量子态隐形传输,这个成果刊登在《自然》杂志上后,入选了欧洲物理学会和美国物理学会评选出的年度国际物理学重大进展,这对中国科学家来说还是第一次。

潘建伟感到了人才的紧缺,他向中科大的领导建议,招收相关专业的研究生和博士,然后送到德国、美国、奥地利等量子信息研究的优秀国际小组学习,逐渐完成了量子科技的人才和技术团队建设。

2008年10月,潘建伟和他在德国的团队整体回国。这一次“搬家”的清单足足列了120页,大到激光器,小到12毫米的镜片,全部被搬回来了。

领跑者

中科大的量子物理实验室常常灯火通明,潘建伟和他的伙伴们每天工作15个小时以上,通宵工作是家常便饭,一项项科研成果不断涌现。

2008年年底,潘建伟在合肥建立世界上首个光子电话网,实现“一次一密”加密方式的实时网络通话,真正做出了“电话互联互通、语音实时加密、安全牢不可破”的量子保密电话网络系统。在接下来的3年里,他又分别建成了国际上规模最大的量子通信网络——“合肥城域量子通信试验示范网络”和“济南量子通信试验网”,标志着大容量的城域量子通信网络技术完全成熟了。2012年年底,潘建伟团队的量子通信装备在北京投入常态运行,为国家重要政治活动提供了信息安全保障。

2016年8月16日1时40分,中国在酒泉卫星发射中心,用长征二号运载火箭成功发射了世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”。在现场观摩的潘建伟和团队成员紧紧相拥,流下了激动的泪水。这意味着我国在量子物理这个可以打开人类未来新世界大门的尖端学科中站到了最前沿,量子卫星将让中国在防御黑客方面走在世界前列。

国家给了潘建伟一系列荣誉:中国科学院院士、何梁何利基金科学与技术成就奖、国家自然科学奖一等奖。潘建伟成了中国物理学的领军人物,有人说他是中国距离诺贝尔物理学奖最近的人。

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