电动力学为我们现代的互联网构建了坚实的技术基础。而量子力学在近百年的发展当中,也为解决计算能力的有效性和安全性做好了准备。

----潘建伟

博槔:潘建伟:以微观见天地

张莉/文
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中国在量子通信技术研发领域,正在国际上担当 “领跑者”的角色,而这与潘建伟及其团队的科研贡献成充分的“正相关”关系。


2016年1月8日,在2015年度国家科学技术奖励大会上,中国科学技术大学教授、中国科学院院士潘建伟从中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平的手中接过奖章,由他带队的科研项目“多光子纠缠及干涉度量”获得了国家自然科学奖一等奖。


一不小心,70年生人的潘建伟成了该奖项史上最年轻的第一完成人。而近20多年如一日的用心,让潘建伟及其团队成为国际量子信息领域数一数二的“梦之队”。


今年6、7月份,一条连接北京、上海的广域量子通信干线将建成,同时,世界上第一颗量子通信实验卫星也即将在中国发射升空。在潘建伟的设想中,在未来5年到10年的时间里,将有望形成一个“天地一体化”的全球量子通信网络雏形。在量子通信的支持下,互联网的信息安全保障将得到大幅度加强。


“与其说颠覆,不如说是变革。”潘建伟团队在基础研究和应用转化上领先的“叠加态”正让连想象力都难以企及的量子科技从云端走入人们的生活。


央视网记者 倪杨 摄

量子人生 迷之美妙


过一个美妙的人生并不难,美妙人生的关键在于你能迷上什么东西——这是刘慈欣在科幻小说里提到的人生观,用以类比潘建伟却毫无违和感,他迷上了量子力学。


“大二的时候,被量子叠加搞糊涂了。”不知道向难而行算不算科研工作者的一种天赋,但潘建伟无疑是具备的,并因此而成就了让他为之专注一生的研究方向。上大学时,物理学四大力学,他唯独量子力学成绩稍欠,但他并没有“择优汰劣”,反而将其作为本科论文的攻克题目。


在选择国外博士导师的时候,他本来可以选择带有诺贝尔奖光环的导师,但出于投身量子力学科研一线的执念,他最终选择了当时年富力强的Zeilinger教授:“我导师当时活跃在前沿,做的很多事情都富于创新性,而且在很大程度上,因为他后来的研究工作推动了整个量子信息学科的发展。”


在人生成长的道路上,潘建伟遇到不少贵人,小学老师、高中老师、硕士导师……他都怀着一颗感恩的心。但这个“个子高高,满脸胡子,像一只可爱的熊”的Zeilinger教授却是直接把他变成一个合格的科技工作者的那个人,“在和他的交往中,我发现他做的很多事,我也是可以企及的,这对我信心的树立非常重要。”


从走出国门的那一天起,潘建伟的美妙人生有了一片新的开阔地,但他从未想过要在海外做过多的停留,“出去学习的目的就是,希望有朝一日回来在国内做出一些领先的科研成果。”


乡音难改的潘建伟说到,也做到了。


27岁,潘建伟以第二作者参与的首次实验实现量子隐形传态的科研成果入选美国《科学》杂志“年度全球十大科技进展”;31岁,他回到中国科大建立量子物理和量子信息实验室,最终成为中国在量子信息科技领域赶超国际的科研和人才基地;41岁成为当年中国科学院“最年轻院士”,42岁获得国际量子通信大奖……就在获得国家自然科学一等奖之前,2015年底,由潘建伟、陆朝阳等完成的科研成果“多自由度量子隐形传态”入选英国物理学会新闻网站《物理世界》评选的“2015年度国际物理学领域的十项重大突破”并名列榜首。


这本该是一程寂寞而未知的旅途,潘建伟却走出了一条如此稳健而步步为营的径迹。当然,还有他和他的团队那个“心灵的契约”——回国。


2001-2008年,在实验室发展的初期间,由于量子信息科学领域是一个日新月异、正在迅速发展的多学科交叉领域,需要各方面的人才和技术,需要与世界上优秀的科研团体合作、学习他们的先进技术和经验。在中科院和中国科大的支持下,潘建伟陆续派遣了很多学生出国深造。他把陆朝阳送到英国剑桥研究量子点光源技术,把张军送往瑞士日内瓦研究单光子探测器,把陈宇翱送往德国慕尼黑研究超冷原子调控技术,此外,还有赵博、张强、包小辉等。


“不能强求,但我欣慰的是,他们都回来了。”


潘建伟(中)在实验室与同事讨论实验(2007年2月5日摄)新华社发


天地一体 创新觉醒


游走于微观和宏观两个世界,是怎样的一种体验?潘建伟并没有那么多感概,他只是这么一条直线走过来,顺势而为,水到渠成。


“今年,京沪干线开通和量子卫星发射,所有的技术验证和应用示范已经完成,下一步要实实在在把京沪干线的运营起来,让用户使用起来,并在这个过程中,在全国范围布网。”潘建伟保守预计,与国家的卫星计划结合,再有10-15年时间,天地一体化的网络就可以形成了。


构建这套“天地一体化”网络,潘建伟团队设计了三步走规划:城域、广域,再到天地一体。


2012年,潘建伟团队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”,标志着大容量的城域量子通信网络技术已经成熟。该网络包括46个节点,是当时世界上首个规模化量子通信网络;


2013年,“济南量子通信试验网”建成,该网络包括56个节点、90多个用户,面向完全承载实际应用、量子网络运维和优质的用户体验,是目前世界上最大的城域量子通信网络;


目前在建的 “京沪干线”项目即将于2016年6月交付,建成连接北京、济南、合肥、上海等城域网络且全长2000多公里的量子保密通信线路,从而成为全球首个距离最远的广域光纤量子保密通信骨干线路。


继而,随着2016年7月,由潘建伟担任首席科学家的量子科学实验卫星的发射升空,“天地一体化”的量子通信实用化的大幕即将开启。


国务院总理李克强说,创新是引领发展的第一动力。去年11月发布的“十三五规划建议”中,量子通信与航空发动机、智能制造和机器人、深空深海探测、重点新材料、脑科学、健康保障等领域一起被列为体现国家战略意图的重大科技项目。


目前,已经不少科技公司对量子通信这片蓝海摩拳擦掌。科大国盾量子(原安徽量子通信技术有限公司)即是以潘建伟院士团队实用化量子通信技术为基础,由中国科学技术大学发起组建的中国第一家从事量子信息技术产业化的企业。据预测,单就量子加密领域而言,国内现有潜在市场规模就相当可观。


潘建伟在实验室里调试设备(2015年5月26日摄) 新华社记者 张端 摄


“电动力学为我们现代的互联网构建了坚实的技术基础。而量子力学在近百年的发展当中,也为解决计算能力和信息安全的瓶颈问题做好了准备。”相较于“颠覆”一词,潘建伟认为量子通信之于传统通信的意义在于变革性的升级和发展。


“量子通信不会取代传统通信,它将加强互联网未来的安全性。”据介绍,潘建伟团队的科研攻关又有了新的进展,将有可能推出与测量器件无关的量子保密通信。


在潘建伟看来,未来的互联网要解决两个问题:1解决信息的安全传输问题,而量子通信是目前唯一被严格证明无条件安全的手段;2大数据爆炸时代,如何提高计算能力,提取有效信息。这一点上,谷歌、微软、IBM等国际大公司都已经着手投入。


前者似乎已经不成问题,而后者潘建伟团队也在紧追不放。可喜的是,他们还迎来一位可靠的“同行者”。


2015年7月,阿里巴巴集团旗下阿里云宣布联合中科院成立“中国科学院-阿里巴巴量子计算实验室”,共同开展在量子信息科学领域的前瞻性研究,研制量子计算机。


“我非常欣赏阿里巴巴的行为。”潘建伟在阿里巴巴身上看到中国企业对于“创新”认识的一种新的觉醒。


“过去30年里,我们的创新更多的是一种跟随和模仿。但是,现在的一些互联网公司已经开始意识到科技的重要性,所以肯投入支持一些新的前沿科技,尽管短期内他们可能看不到回报。”


是受微软、谷歌、苹果等国外大公司的感染或刺激也好;是有了一定积累,敢于做前卫的冒险者也好,潘建伟看到了这种“好苗头”。


最近,科大国盾量子与联想集团也达成一项合作协议,联想正式入股国盾量子。


新科学家精神


接过国家自然科学奖一等奖奖章后数日,潘建伟奔赴德国海德堡大学,他仍是那里的名誉教授,但此次不是讲学,而是筹备一个新的量子技术联合研究中心。一旦建成,两所大学的学者将可以长期交流学习。


从跟随者到领跑者,潘建伟团队用了10多年时间,而保持领跑的状态,则需要更多的时间。在潘建伟看来,保持目前的领先地位,必须基础研究和应用科学两手抓。


第一,要和国外保持密切的沟通和交流。“互联网时代,知识大爆炸,领先的科技嗅觉得益于知识共享、互相学习、互相推进。”


第二,科研需要各方面人才,需要发挥国内自主力量,协同创新。“只有把国内在光学、空间技术、器件材料等各个方面优质资源的集成起来才能把创新推向新的层次。”


潘建伟对科研有一种“朝闻道,夕死可矣”的执着,他一直觉得相比于美国、日本等国家,国内的研究创新还是不够大胆。但同时,他身上也有着一个科研工作者应有的韧度。


“做科研,第一,不要太心急,努力做事情就好;第二,努力地去沟通。努力做事努力取得好的成果,在今天的中国都会得到有力的支持。”


然而,与传统学究不同的是,平均年龄30多岁的潘建伟团队又展现出新一代科学家的精神和气质。潘建伟认为,当代科学家在科研之外,还有三大责任:


他们不排斥媒体,“好的成果要做适当的宣传,科学家有做科普的责任,应该适时地把取得的成果告诉支持者和纳税人。”


他们不拒绝有诚意的商业合作,“当看到一个理论或研究成果有用的时候,科学家有责任把它推向应用,惠及大众,推动社会进步。”


他们在会议室的墙壁上鲜明地印刻上“我创新,故我在”,“中国科学家还有一个新的责任,应该为创新驱动做点事情。”


科学家是有国界的,所以学成归国,为国内科研做出贡献就是他的梦想。而科学没有国界,潘建伟和他的团队都曾得益于国外的奖学金和开明研究政策,推动了中国量子信息科技进步的蜕变。所以今天,潘建伟认为我们国家已经有一定经济实力和科技水平,也应该为世界的科技交流做一些贡献。


“我们国家也设立了中科院的院长奖学金,让第三世界的学生到我们科大、科学院学习,这是非常好的做法。”


(孟利铮对本文亦有贡献)

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