鄉賢風採丨潘建偉:從香鸞山腳走向科學之巔 讓中國量子研究領跑世界

　　不久前，中國科學技術大學潘建偉院士團隊又斬獲一項大獎，因在量子信息科學領域的突出貢獻，潘建偉被美國光學學會授予2019年度伍德獎。這是自伍德獎設立40餘年來，中國科學家因在本土研究工作而首次獲獎。

潘建偉在奧地利科學院領獎

　　這已不是潘建偉院士團隊今年以來首次獲獎。就在今年2月14日，該團隊成員印娟教授代表「墨子號」量子科學實驗衛星科研團隊赴美國華盛頓，領取美國科學促進會2018年度克利夫蘭獎。這是克利夫蘭獎設立96年來，中國科學家在本土完成的科研成果首次獲得這一重要榮譽。

　　1996年，時年26歲的潘建偉赴奧地利因斯布魯克大學留學，師從量子實驗研究的著名學者塞林格教授。他至今仍清晰地記得第一次見到塞林格教授時，被問及夢想是什麼，潘建偉回答說：「在中國建一個像您的實驗室這樣的世界領先的量子物理實驗室。」

　　正是對這個夢想的不懈追逐，讓潘建偉和他的團隊成為世界量子通信領域的領跑者。

　　三鄉大地奠定堅實根基

　　1970年，潘建偉出生於東陽市馬宅鎮雅坑村，這裡悠悠雅溪流經香鸞山腳，青峰列峙如筆架。在雅坑他度過了童年和少年時期，讀完了小學和初中。小時候的潘建偉常常和夥伴們上山採蘭花，下水抓魚摸螺螄。雖然愛玩，但在東陽崇文重教的鄉俗民風潛移默化下，潘建偉對學習的興趣始終濃厚。在老師的眼裡，他屬於那種「既頑皮學習成績又好的學生」。

　　1984年，潘建偉考入東陽中學。高考時，他放棄了浙江大學的保送機會，並以高分考入中國科技大學近代物理系。

　　談及選擇物理專業的原因，除了中國科學技術大學老校長嚴濟慈的鼓勵，還有潘建偉對這個學科的「喜愛」。潘建偉坦言自己的記憶力並不好，經常被家裡人抱怨記不清家附近那條路的名字，學生時代學英語、學拼音對他而言更都是折磨人的事情。唯獨在物理面前，潘建偉感到如魚得水。

　　「在我們身外有一個巨大的世界，他離開我們人類而獨立存在，他在我們面前是一個永恆的謎。對於這個世界的凝視深思，就像得到解放一樣吸引著我們。通向這個天堂的道路，並不像通向宗教天堂那樣舒坦和誘人，但是他已經證明是可以信賴的，我從來沒有因為選擇了這條道路而後悔過。」這是《愛因斯坦文集》中的一段話。

早期潘建偉和科大實驗室同事

　　剛進入中科大的潘建偉就被這本書吸引住了，他至今還記得第一次讀愛因斯坦自序時的感受，那是一種天籟之音。潘建偉在家鄉山上凝視天穹時那些隱隱約約的冥想，愛因斯坦清清楚楚地說了出來。

　　在大學裡，潘建偉的牛頓力學、電動力學、統計力學等學科都學得不錯，但是大三的量子力學把他搞糊塗了。傳統的牛頓力學類似決定論，原則上一切東西可以計算出來，比如一旦確定了初始條件，就可以預知物體的位置、月亮的軌跡等。但量子力學的很多觀念和經典物理學完全不一樣，它既有確定性和必然性，又有不確定性以及或然性。量子力學的奇怪之處在於，微觀世界裡一個微小粒子，在特定條件下能同時既在桌子上又在地板上，既在北京又在上海，就像孫悟空會分身術一樣，這種現象被稱為「量子疊加」。當把量子疊加擴展到兩個粒子時，就會出現「量子糾纏」現象，處於糾纏態的粒子即使相隔很遠，當對其中一個進行測量改變其狀態時，另一個狀態也會即刻發生相應的改變。

　　量子世界的「神奇」特性，深深地吸引了潘建偉，他集中研究和總結了量子世界的各種佯謬，寫進了本科畢業論文。同時，隨著研究的深入，潘建偉發現，量子力學中的各種奇妙的現象，需要更尖端的實驗技術才能得以驗證。但在當時的國內，這方面的水平還比較落後。本沒有出國打算的潘建偉，決定出國繼續深造。他選擇的是量子力學的誕生地之一奧地利，進入因斯布魯克大學攻讀博士學位，師從量子實驗研究的著名學者塞林格教授。

　　身在海外 心繫祖國

　　到奧地利不久，潘建偉就在實驗中發現一個有趣的現象：通過特定操作，可以利用量子糾纏，把一個粒子的狀態傳遞到另外一個粒子上，而不用傳遞這個粒子本身。在實驗室的組會上潘建偉做了報告。但是他講完之後沒有一個人提問，後來他才知道，他的想法在1993年就有外國科學家提出來了，叫作「量子隱形傳態」。那個時候，中國的相關文獻缺乏，很多信息和國外脫節，導致許多學術上的前沿研究並不能及時知道。

　　不過，潘建偉的報告讓他的導師塞林格非常高興。他告訴潘建偉，實驗室正準備做光量子隱形傳態實驗項目，潘建偉當即決定加入實驗項目。彼時，在中國，一個科研項目的經費常常只有五萬、十萬元人民幣，而這個項目卻是一百多萬歐元級別。

　　1997年，項目團隊成功把一個粒子的狀態從一個地方傳到另外一個地方。還是博士研究生的潘建偉以第二作者身份發表了題為《實驗量子隱形傳態》的論文，被公認為量子信息實驗領域的開山之作。

　　從那一年開始，潘建偉每年都利用假期回到中國科大講學，通過各種渠道和國內的前輩們一起為我國在量子信息領域的發展提出建議，並帶動一批研究人員進入這一領域，希望祖國能很快跟上這個新興科技領域的發展步伐。

潘建偉訪問清華大學

　　2001年，潘建偉回到中國科大，在中科院、國家自然科學基金委和科技部等主管部門的經費支持下，開始籌建實驗室，組建研究團隊。歸國之初，面對幼小的女兒提出「為什麼要回國？」的問題時，潘建偉堅定地說：「我們是中國人，要為祖國做點事！」

　　潘建偉的愛國思想和實際行動，深深地影響著團隊的每一個人。在建立實驗室後，潘建偉陸續將一批有潛力的學生送到國外一流大學和科研院所深造，讓他們擁有更大的發展空間，在國際學術前沿開闊眼界、鍛鍊成長。陳宇翱到德國慕尼黑研究超冷原子調控技術，陸朝陽到英國劍橋研究量子點光源技術，張強到美國斯坦福學習單光子探測技術……祖國像個強磁場，這些被送出去的年輕學子們，如今陸續像候鳥一樣學成歸來。2017年5月3日，中國科大主導研製的世界首臺超越早期經典計算機的光量子計算機在上海誕生，比首臺電子管及電晶體計算機運行速度快10~100倍，創造世界紀錄，陸朝陽正是這一成果的「重要功臣」。

　　2004年，潘建偉研究組在國際上首次實現五光子糾纏和終端開放的量子態隱形傳輸。《自然》雜誌發表了這一成果，並稱讚他們「完成了一次壯舉」。該成果同時入選歐洲英國物理學會和美國物理學會評選出的年度國際物理學重大進展，這是中國科學家的「第一次」。

　　「很自豪！這表明國內研究組在光量子信息糾纏方面的工作已經成功躍居國際領先水平。」潘建偉說。

　　2003年，潘建偉提出衛星量子通信這一在國際上沒有先例的設想。中科院力排眾議，支持潘建偉團隊先期開展地面驗證試驗。經過數年的努力，當各項關鍵技術的積累已比較充分時，中科院迅速決策，於2011年在國際上率先啟動了量子科學實驗衛星戰略性先導科技專項。

　　為了推進量子科學實驗衛星的研製，中科院統籌協調了上海技術物理研究所、微小衛星創新研究院、光電技術研究所、國家天文臺、紫金山天文臺、國家空間科學中心等院內相關優勢研究力量，與中國科大一起協同攻關，為此後「墨子號」量子科學實驗衛星的率先成功實施奠定了基礎。

　　從「追隨」到「領跑」 

　　築夢量子科技高地

　　2016年8月16日，「墨子號」量子科學實驗衛星發射成功。隨後，「墨子號」量子衛星在國際上率先實現了千公裡級星地雙向量子糾纏分發、星地高速量子密鑰分發、地星量子隱形傳態三大科學目標，我國在量子通信領域躋身國際領先地位。

　　2017年5月3日，潘建偉團隊宣布，在國際領先的多光子糾纏操縱技術的基礎上，利用高品質量子點單光子源，構建了世界首臺針對特定問題的計算能力超越早期經典計算機的光量子計算原型機。

　　2017年9月29日，世界首條遠距離量子保密通信骨幹網線「京滬幹線」正式開通。「京滬幹線」正在為探索量子通信幹線業務運營模式進行技術驗證，已在金融、電力等領域初步開展了應用示範並為量子通信的標準制定積累了寶貴經驗。結合「京滬幹線」與「墨子號」的天地鏈路，中科院與奧地利科學院進行了世界首次洲際量子保密通信視頻通話。這不是一次普通的視頻通話，由於使用了量子保密通信技術，這一視頻通話是不可能被竊聽的。

　　今年，潘建偉團隊又有三項成果取得世界性突破。1月18日，潘建偉團隊在Science上發表論文，表明在超低溫下觀察到的原子-分子Feshbach共振以極高的解析度探測三體勢能面有助於提高對超冷碰撞的理解；5月2日，潘建偉團隊在Science在線發表論文，使用超導量子比特作為具有高保真操作和斷層掃描讀數的人工原子，在12比特的超導處理器上研究了一個和兩個強相關微波光子的連續時間量子行走。該研究製備出12個超導比特的量子多體糾纏態，刷新世界紀錄；9月19日，潘建偉團隊在Science在線發表論文，報告了量子場事件形式的量子光學實驗測試，該研究利用「墨子號」量子科學實驗衛星對一類預言引力場導致量子退相干的理論模型進行了實驗檢驗。

　　當初只想建一個實驗室的潘建偉，用自己的科研成果驚豔了世界。英國著名科學新聞雜誌《新科學家》以封面標題的形式這樣評價潘建偉團隊：「中國科大——因而也是整個中國——已經牢牢地在量子計算的世界地圖上佔據了一席之地。」而《自然》雜誌則評價道：「國際同行們正在努力追趕中國，中國現在顯然是衛星量子通信的世界領導者。」

　　對於家鄉，潘建偉深懷感恩和眷戀。2017年的首屆世界東陽人發展大會上，潘建偉作了題為《科技引領進步 新量子革命》的精彩演講。近些年家鄉經濟社會的快速發展，潘建偉看在眼裡，喜在心頭。他表示，如果條件許可，他非常樂意為家鄉人民做點事。

　　人物檔案

　　潘建偉，1970年生，東陽市馬宅鎮雅坑村人。1987年考入中國科技大學近代物理系，先後獲學士、碩士學位，1999年獲維也納大學博士學位。現為中國科學技術大學教授、博士生導師，中國科學院院士。任中國科學技術大學常務副校長。2017年12月，入選《自然》2017十大科學人物、獲稱「量子之父」。