骊鸣云 下载APP

潘建伟:从香鸾山脚走向科学之巅 让中国量子研究领跑世界

发布时间:12-30 09:26

640.webp.jpg


潘建伟在奥地利科学院领奖


不久前,中国科学技术大学潘建伟院士团队又斩获一项大奖,因在量子信息科学领域的突出贡献,潘建伟被美国光学学会授予2019年度伍德奖。这是自伍德奖设立40余年来,中国科学家因在本土研究工作而首次获奖。


这已不是潘建伟院士团队今年以来首次获奖。就在今年2月14日,该团队成员印娟教授代表“墨子号”量子科学实验卫星科研团队赴美国华盛顿,领取美国科学促进会2018年度克利夫兰奖。这是克利夫兰奖设立96年来,中国科学家在本土完成的科研成果首次获得这一重要荣誉。


1996年,时年26岁的潘建伟赴奥地利因斯布鲁克大学留学,师从量子实验研究的著名学者塞林格教授。他至今仍清晰地记得第一次见到塞林格教授时,被问及梦想是什么,潘建伟回答说:“在中国建一个像您的实验室这样的世界领先的量子物理实验室。”


正是对这个梦想的不懈追逐,让潘建伟和他的团队成为世界量子通信领域的领跑者。


 三乡大地奠定坚实根基


1970年,潘建伟出生于东阳市马宅镇雅坑村,这里悠悠雅溪流经香鸾山脚,青峰列峙如笔架。在雅坑他度过了童年和少年时期,读完了小学和初中。小时候的潘建伟常常和伙伴们上山采兰花,下水抓鱼摸螺蛳。虽然爱玩,但在东阳崇文重教的乡俗民风潜移默化下,潘建伟对学习的兴趣始终浓厚。在老师的眼里,他属于那种“既顽皮学习成绩又好的学生”。



1984年,潘建伟考入东阳中学。高考时,他放弃了浙江大学的保送机会,并以高分考入中国科技大学近代物理系。


谈及选择物理专业的原因,除了中国科学技术大学老校长严济慈的鼓励,还有潘建伟对这个学科的“喜爱”。潘建伟坦言自己的记忆力并不好,经常被家里人抱怨记不清家附近那条路的名字,学生时代学英语、学拼音对他而言更都是折磨人的事情。唯独在物理面前,潘建伟感到如鱼得水。


“在我们身外有一个巨大的世界,他离开我们人类而独立存在,他在我们面前是一个永恒的谜。对于这个世界的凝视深思,就像得到解放一样吸引着我们。通向这个天堂的道路,并不像通向宗教天堂那样舒坦和诱人,但是他已经证明是可以信赖的,我从来没有因为选择了这条道路而后悔过。”这是《爱因斯坦文集》中的一段话。


640.webp (1).jpg


早期潘建伟和科大实验室同事


刚进入中科大的潘建伟就被这本书吸引住了,他至今还记得第一次读爱因斯坦自序时的感受,那是一种天籁之音。潘建伟在家乡山上凝视天穹时那些隐隐约约的冥想,爱因斯坦清清楚楚地说了出来。


在大学里,潘建伟的牛顿力学、电动力学、统计力学等学科都学得不错,但是大三的量子力学把他搞糊涂了。传统的牛顿力学类似决定论,原则上一切东西可以计算出来,比如一旦确定了初始条件,就可以预知物体的位置、月亮的轨迹等。但量子力学的很多观念和经典物理学完全不一样,它既有确定性和必然性,又有不确定性以及或然性。


量子力学的奇怪之处在于,微观世界里一个微小粒子,在特定条件下能同时既在桌子上又在地板上,既在北京又在上海,就像孙悟空会分身术一样,这种现象被称为“量子叠加”。当把量子叠加扩展到两个粒子时,就会出现“量子纠缠”现象,处于纠缠态的粒子即使相隔很远,当对其中一个进行测量改变其状态时,另一个状态也会即刻发生相应的改变。


量子世界的“神奇”特性,深深地吸引了潘建伟,他集中研究和总结了量子世界的各种佯谬,写进了本科毕业论文。同时,随着研究的深入,潘建伟发现,量子力学中的各种奇妙的现象,需要更尖端的实验技术才能得以验证。但在当时的国内,这方面的水平还比较落后。本没有出国打算的潘建伟,决定出国继续深造。他选择的是量子力学的诞生地之一奥地利,进入因斯布鲁克大学攻读博士学位,师从量子实验研究的著名学者塞林格教授。


 身在海外 心系祖国


 到奥地利不久,潘建伟就在实验中发现一个有趣的现象:通过特定操作,可以利用量子纠缠,把一个粒子的状态传递到另外一个粒子上,而不用传递这个粒子本身。在实验室的组会上潘建伟做了报告。但是他讲完之后没有一个人提问,后来他才知道,他的想法在1993年就有外国科学家提出来了,叫作“量子隐形传态”。那个时候,中国的相关文献缺乏,很多信息和国外脱节,导致许多学术上的前沿研究并不能及时知道。


不过,潘建伟的报告让他的导师塞林格非常高兴。他告诉潘建伟,实验室正准备做光量子隐形传态实验项目,潘建伟当即决定加入实验项目。彼时,在中国,一个科研项目的经费常常只有五万、十万元人民币,而这个项目却是一百多万欧元级别。


1997年,项目团队成功把一个粒子的状态从一个地方传到另外一个地方。还是博士研究生的潘建伟以第二作者身份发表了题为《实验量子隐形传态》的论文,被公认为量子信息实验领域的开山之作。

从那一年开始,潘建伟每年都利用假期回到中国科大讲学,通过各种渠道和国内的前辈们一起为我国在量子信息领域的发展提出建议,并带动一批研究人员进入这一领域,希望祖国能很快跟上这个新兴科技领域的发展步伐。


640.webp (2).jpg


潘建伟访问清华大学


2001年,潘建伟回到中国科大,在中科院、国家自然科学基金委和科技部等主管部门的经费支持下,开始筹建实验室,组建研究团队。归国之初,面对幼小的女儿提出“为什么要回国?”的问题时,潘建伟坚定地说:“我们是中国人,要为祖国做点事!”


潘建伟的爱国思想和实际行动,深深地影响着团队的每一个人。在建立实验室后,潘建伟陆续将一批有潜力的学生送到国外一流大学和科研院所深造,让他们拥有更大的发展空间,在国际学术前沿开阔眼界、锻炼成长。陈宇翱到德国慕尼黑研究超冷原子调控技术,陆朝阳到英国剑桥研究量子点光源技术,张强到美国斯坦福学习单光子探测技术……


祖国像个强磁场,这些被送出去的年轻学子们,如今陆续像候鸟一样学成归来。2017年5月3日,中国科大主导研制的世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机在上海诞生,比首台电子管及晶体管计算机运行速度快10~100倍,创造世界纪录,陆朝阳正是这一成果的“重要功臣”。


2004年,潘建伟研究组在国际上首次实现五光子纠缠和终端开放的量子态隐形传输。《自然》杂志发表了这一成果,并称赞他们“完成了一次壮举”。该成果同时入选欧洲英国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,这是中国科学家的“第一次”。


“很自豪!这表明国内研究组在光量子信息纠缠方面的工作已经成功跃居国际领先水平。”潘建伟说。


2003年,潘建伟提出卫星量子通信这一在国际上没有先例的设想。中科院力排众议,支持潘建伟团队先期开展地面验证试验。经过数年的努力,当各项关键技术的积累已比较充分时,中科院迅速决策,于2011年在国际上率先启动了量子科学实验卫星战略性先导科技专项。


为了推进量子科学实验卫星的研制,中科院统筹协调了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院内相关优势研究力量,与中国科大一起协同攻关,为此后“墨子号”量子科学实验卫星的率先成功实施奠定了基础。


从“追随”到“领跑” 


筑梦量子科技高地


2016年8月16日,“墨子号”量子科学实验卫星发射成功。随后,“墨子号”量子卫星在国际上率先实现了千公里级星地双向量子纠缠分发、星地高速量子密钥分发、地星量子隐形传态三大科学目标,我国在量子通信领域跻身国际领先地位。


2017年5月3日,潘建伟团队宣布,在国际领先的多光子纠缠操纵技术的基础上,利用高品质量子点单光子源,构建了世界首台针对特定问题的计算能力超越早期经典计算机的光量子计算原型机。


2017年9月29日,世界首条远距离量子保密通信骨干网线“京沪干线”正式开通。“京沪干线”正在为探索量子通信干线业务运营模式进行技术验证,已在金融、电力等领域初步开展了应用示范并为量子通信的标准制定积累了宝贵经验。结合“京沪干线”与“墨子号”的天地链路,中科院与奥地利科学院进行了世界首次洲际量子保密通信视频通话。这不是一次普通的视频通话,由于使用了量子保密通信技术,这一视频通话是不可能被窃听的。


今年,潘建伟团队又有三项成果取得世界性突破。1月18日,潘建伟团队在Science上发表论文,表明在超低温下观察到的原子-分子Feshbach共振以极高的分辨率探测三体势能面有助于提高对超冷碰撞的理解;5月2日,潘建伟团队在Science在线发表论文,使用超导量子比特作为具有高保真操作和断层扫描读数的人工原子,在12比特的超导处理器上研究了一个和两个强相关微波光子的连续时间量子行走。该研究制备出12个超导比特的量子多体纠缠态,刷新世界纪录;9月19日,潘建伟团队在Science在线发表论文,报告了量子场事件形式的量子光学实验测试,该研究利用“墨子号”量子科学实验卫星对一类预言引力场导致量子退相干的理论模型进行了实验检验。


当初只想建一个实验室的潘建伟,用自己的科研成果惊艳了世界。英国著名科学新闻杂志《新科学家》以封面标题的形式这样评价潘建伟团队:“中国科大——因而也是整个中国——已经牢牢地在量子计算的世界地图上占据了一席之地。”而《自然》杂志则评价道:“国际同行们正在努力追赶中国,中国现在显然是卫星量子通信的世界领导者。”


对于家乡,潘建伟深怀感恩和眷恋。2017年的首届世界东阳人发展大会上,潘建伟作了题为《科技引领进步 新量子革命》的精彩演讲。近些年家乡经济社会的快速发展,潘建伟看在眼里,喜在心头。他表示,如果条件许可,他非常乐意为家乡人民做点事。


人物档案


timg.jpg


潘建伟,1970年生,东阳市马宅镇雅坑村人。1987年考入中国科技大学近代物理系,先后获学士、硕士学位,1999年获维也纳大学博士学位。现为中国科学技术大学教授、博士生导师,中国科学院院士。任中国科学技术大学常务副校长。2017年12月,入选《自然》2017十大科学人物、获称“量子之父”。


(编辑:柳子璐)