潘建偉團隊2017年實現多項世界領先的量子通信技術

2020-11-22 科技快報網

圖表:《自然》發布2017十大科學人物,潘建偉入選。

  無論是在因斯布魯克,還是在家鄉浙江東陽,潘建偉常說起自己「獨處」的經歷,登山曬曬太陽,田野挖挖薺菜,下河摸摸螺螄……他急,為量子科研分秒必爭;但他不「躁」,為維持內心對科學的純粹追逐

  「如果大家對科學沒有原始的衝動和興趣的話,我們就很難成為一個真正的創新國家。」潘建偉說

  新華每日電訊記者周琳、徐海濤

  「墨子號」量子科學實驗衛星與阿里量子隱形傳態實驗平臺建立天地鏈路(合成照片,2016年12月9日攝)。新華社記者金立旺攝

  1996年,奧地利老城因斯布魯克,一位中國小鎮青年帶著樸素的夢想來到這裡,那時他想,一定要在中國建一個國際一流實驗室。

  21年後的12月19日,國際頂尖學術期刊《自然》在最新一期的特寫板塊中發布了年度十大人物——在過去一年裡對科學產生重大影響的十人,當年的這位青年上榜了。他所帶領的中國量子「夢之隊」,刷新了中國科研工作者在量子科學領域的國際顯示度。

  「感謝新時代,感謝偉大的祖國;吾輩當繼續努力前行,不負眾望!」當選後,中國科學技術大學教授、量子通信科學衛星「墨子號」首席科學家潘建偉通過新華社發表感言說。

  我們試圖走近這位微觀世界的探夢者,去琢磨和感悟這追夢無懼、潛心默守、踐諾傳承的「量子精神」。

  十年一步,追夢無懼

  1987年,潘建偉從浙江老家考入中國科學技術大學(以下簡稱中國科大)近代物理系,第一次接觸到了量子力學。

  「雙縫實驗中,人沒有看電子時,就不能說它是從哪條縫過去的,這實在太奇怪了。一個人要麼在上海,要麼在北京,怎麼會同時既在上海又在北京呢?」量子世界的奇妙與陌生讓潘建偉陷入苦思,有一次期中考試,他的量子物理甚至差點沒及格。

  那一年,他才17歲。

  隨著對量子世界的逐漸深入,他認識到,物理學終究是門實驗科學,再奇妙的理論也需要有實驗檢驗。然而,上世紀90年代中國缺乏開展量子實驗的條件。1996年碩士畢業後,潘建偉赴量子科研的重鎮——奧地利因斯布魯克大學攻讀博士學位,師從量子實驗研究的世界級大師塞林格。

  1997年,以他為第二作者的論文《實驗量子隱形傳態》在《自然》雜誌上發表,該成果公認是量子信息實驗領域的開山之作,被評為年度全球十大科技進展,入選「百年物理學21篇經典論文」。

  那一年,他27歲。

  量子光源是一種極其微弱的光信號。單光子級的光信號亮度,相當於一根蠟燭在140公裡之外的人眼中的強度。要知道,人類肉眼能夠分辨蠟燭光亮的極限距離,大約才700米。

  單光子級別的光源能否被地面接收?「就讓我們試試看,大概只需要200萬元,就可以為星地一體量子通信網絡提供實驗支撐。」2007年,潘建偉開始這一實驗,為中國量子團隊「築夢」。

  那一年,他37歲。

  在浩瀚的太空,「墨子號」量子科學實驗衛星與地面的量子保密通信「京滬幹線」一起,首次搭建起天地一體化廣域量子通信網絡。

  3個月前,從中國發出的一聲問好,就這樣跨越了半個地球來到奧地利,實現了歷史上首次洲際量子保密通信。「墨子號」作為近年來重大科技創新成果被寫入黨的十九大報告。

  這一年,他已經47歲。

  如今,世界首顆量子衛星「墨子號」從太空建立了迄今最遙遠的量子糾纏,證明在1200多公裡的尺度上,愛因斯坦都感到匪夷所思的「遙遠地點間的詭異互動」依然存在。世界上第一臺超越早期經典計算機的光量子計算機,在團隊內誕生。目前最大數目的超導量子糾纏和完整測量,發布成果……

  量子大廈,破土孕育。

  潘建偉還有更大的目標——在地月間建立30萬公裡的量子糾纏,檢驗量子物理的理論基礎,並探索引力與時空的結構。未來,希望結合中國在10至15年後的登月計劃,實現Bell不等式檢驗實驗。

  在朋友圈,潘建偉曾轉發臉譜公司創始人扎克伯格的演講,並挑出這樣一段話:目標是我們意識到我們是比自己更大的東西的一部分,是我們需要更為之努力的東西。

  「只希望到60歲,我能把這個實驗做完。」他說。

  於家為國,潛心默守

  每次去採訪潘建偉,都可以在中科院量子信息與量子科技創新研究院門廳入口的牆壁上,看到刻著這樣一段話——

  「回想自己的一生,經歷過許多坎坷,唯一的希望就是祖國繁榮昌盛,科學發達。我們已經盡了自己的力量,但國家尚未擺脫貧困與落後,尚需當今與後世無私的有為青年再接再厲,繼續努力。」

  這段話來自核物理學家趙忠堯。忠堯先生早年曾在歐美留學、工作,1950年頂著政治壓力回國,甚至遭遇生命威脅,最終衝破阻撓回到祖國,奠定了中國原子核能事業的基礎。

  第一次見到導師時,賽林格問他:「潘,你的夢想是什麼?」「我的夢想是,在中國建一個和這裡一樣的世界一流的量子光學實驗室。」

  出國之前他曾問前輩,一個這樣的實驗室需要多少錢?前輩說,需要大概800萬元人民幣。對於當時基礎極為薄弱的中國而言,這太貴了。潘建偉於是選擇了「曲線救國」。

  他組織科研隊伍、開展實驗室建設,同時與國際先進研究機構保持密切聯繫,「國內國外兩邊跑」,在奧地利維也納大學、德國海德堡大學等機構從事合作研究。

  一件小事打動了他:他在德國住的時候,樓下有一個賣菜的小店,夫妻倆每年都要休5周的假期。「我們中國的小店主,恐怕不會花這麼長的時間去度假。他們的蔬菜賣得很貴,科技帶來的驅動力,使得經濟社會快速發展,幸福平均轉嫁到每一個勞動者身上,這就是科學技術的價值。」潘建偉說。

  一個實驗室還遠遠不夠。

  他發現,德國有著發達的科學技術和精良的製造業,這些都為德國的經濟發展起了強大的推動作用,而經濟發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術,就要儘可能轉化,形成高科技戰略產業,惠及每個人。

  「中國從前有個習慣,要麼特別重視原理研究,要麼特別重視應用研究,中間就會慢慢形成一個『死亡之谷』。」潘建偉說,今後要加強應用基礎研究,只有形成一個完整的創新鏈條,才能更好地推動量子信息技術的發展。

  從3個通信節點,到城域網,再到城際網、甚至洲際線路,一個天地一體的量子通信網絡逐漸成形,為金融、政務等多領域提供了安全保密傳輸的可能性。

  「無論是我還是學生,不是為了出國而出國,而是要把最先進的技術學回來,希望有朝一日在國內做出領先的科研成果。」他說,「如果說當年楊振寧和李政道先生證明,中國人在國外可以做很好的『科學』,那麼我們現在證明了,中國人在國內也可以做很好的『科學和技術』。」

  安靜書桌,踐諾傳承

  5年前,潘建偉是陳宇翱的證婚人;如今,陳宇翱成了中國「第三代量子人」徐憑的證婚人。這兩位證婚人,見證的不只是婚姻和光陰,更是中國量子科學人薪火相傳的探索精神與堅韌毅力。

  量子世界流傳著太多這樣的傳承。

  彼時,國內的量子科學研究既沒有經費,也缺乏成熟環境,潘建偉將自己得意弟子陳宇翱、陸朝陽都送到了國際頂尖的實驗室。學成後,不用一句催促,他們又回到了中國。

  ——這是老師與學生的約定。

  「墨子衛星大放異彩,以科學之醇,技術之奇,工程之實,誠然耀眼之星也。」在得知潘建偉當選後,中國科大物理學院原院長、教授劉萬東在朋友圈裡這樣寫道。

  ——這是前輩與後輩的對話。

  2007年,潘建偉到美國開會,他與自己的導師也有了一個新的約定:他希望能在2011年開始研製量子衛星,2016年發射。導師說,哪有那麼快!於是二人約定,誰先發射,就和對方一起實現量子洲際實驗。「到今年9月29日,我們合作了洲際量子密鑰分發。」

  ——這是中國與國際的承諾。

  當代科研,不太可能是單兵突進,需要持久的合力。在採訪中潘建偉說,量子衛星的研究,集合了中科院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

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