【光明日報】潘建偉:量子世界的「中國耕者」
2020-12-02 中國科學院
潘建偉院士（中）在實驗室工作。劉愛華攝
在合肥中國科學技術大學的校園裡，最近很少見到副校長潘建偉院士的身影。作為量子科學實驗衛星項目負責人，他更多的時間在上海浦東的中國科大上海研究院裡，與同事們一起為衛星2016年如期發射緊張工作。
從讀本科時與「量子」結緣，今年45歲的潘建偉已經與「量子」打了二十多年交道。
在中國建一個世界領先的量子光學實驗室
1987年，考入中國科大的潘建偉，第一次接觸量子力學，就為其中蘊含的種種神秘而著迷。本科畢業後，潘建偉繼續在校攻讀理論物理碩士，方向是量子基本理論。隨著研究的深入，潘建偉認識到，量子理論中的各種懸疑需要尖端實驗技術才能驗證，於是碩士畢業後他選擇了去代表世界研究水平的國外高校留學。
1996年，潘建偉來到奧地利因斯布魯克大學。第一次見面，導師塞林格問他，「你的夢想是什麼？」「我要在中國建一個和您的實驗室一樣的世界領先的量子光學實驗室。」一年後，潘建偉便與同事一起在《自然》上發表了首次實現量子隱形傳態的學術論文，這個成果被公認為量子信息實驗領域的開山之作，被美國物理學會、歐洲物理學會和《科學》雜誌評為年度十大進展，併入選《自然》「百年物理學21篇經典論文」。此後，潘建偉又先後在國際上首次完成了量子糾纏交換，三光子、四光子糾纏及其非定域性檢驗，量子糾纏純化等重要實驗。
此時，量子信息已被國際科技界預見為會對未來信息技術和人類社會生活產生革命性影響新興學科。然而，在國內甚至還有人認為是偽科學。潘建偉每年都利用假期回到科大講學，通過各種渠道和前輩們一起為我國在量子信息領域的發展提出建議。2001年，潘建偉得到中科院和國家自然科學基金委的資金支持，並在導師張永德教授和近代物理系同仁支持下，從零開始組建實驗室。
引領中國團隊成為世界勁旅
2001年，國內的研究水平和人才儲備都很薄弱，潘建偉像「候鳥」一樣，一邊回到歐洲繼續從事合作研究，一邊指導國內的研究生建立實驗室。不到一年，國內的研究組作為第一單位就在《物理評論快報》上發表7篇論文。2004年，《自然》雜誌發表了他們首次實現五光子糾纏和終端開放的量子態隱形傳輸的成果。這一成果同時入選歐洲物理學會和美國物理學會的年度國際物理學重大進展，這在中國科學家中還是第一次。
量子信息是計算機、信息科學與量子物理相結合而產生的交叉學科，需要不同學科背景的人才、技術和較高強度的經費支持，在快速推進國內實驗室建設的同時，潘建偉繼續在歐洲從事冷原子量子調控方面的學習與合作研究，並通過從國內招收研究生和博士後，選派學生到國際先進小組學習等方式培養這方面的研究力量，完成了光與冷原子量子信息技術方面至關重要的人才和技術原始積累。潘建偉的人才布局，從中國科大起步，分別輻射奧地利因斯布魯克大學、英國劍橋大學、德國馬普量子光學所、瑞士日內瓦大學、美國史丹福大學……進行著人才的分眾深耕。
2008年，潘建偉團隊整體回歸中國科大，以陳宇翱、陸朝陽、張強、趙博等為代表的一批優秀青年學者組成了強大研究陣容。他們首次實現五光子糾纏和終端開放的量子態隱形傳輸；首次實現具有存儲和讀出功能的糾纏交換；首次實現八光子薛丁格貓態；利用八光子糾纏首次實現拓撲量子糾錯；首次實現百公裡量級自由空間量子隱形傳態和糾纏分發；首次實現多自由度量子隱形傳態；首次實現量子機器學習算法……《自然》雜誌在報導潘建偉團隊成果時評價：「在量子通信領域，中國用了不到十年的時間，由一個不起眼的國家發展成為現在的世界勁旅，將領先於歐洲和北美。」
構建中國的量子通信體系
「科學家要做原始創新，為國服務。」潘建偉有著明確的科研路線圖：從初步實現局域的量子通信網絡，到實現多橫多縱的全球範圍量子通信網絡，以保證信息傳輸的絕對安全；通過量子計算研究，實現大數據時代信息的有效挖掘；通過量子精密測量研究，實現新一代定位導航……
早在2008年秋，潘建偉團隊就在合肥建立了世界上第一個光量子電話網，實現了「一次一密」加密方式的實時網絡通話，真正做到「電話互聯互通、語音實時加密、安全牢不可破」的量子保密電話網絡系統。2012年和2014年，潘建偉團隊分別建成了國際上規模最大的量子通信網絡「合肥城域量子通信試驗示範網絡」和「濟南量子通信試驗網」，標誌著大容量的城域量子通信網絡技術已經成熟。2012年底，潘建偉團隊的量子通信裝備在北京投入常態運行，為十八大等國家重要政治活動提供信息安全保障。
2014年1月，依託於中國科大研究力量，中科院成立了量子信息與量子科技前沿卓越創新中心，同時通過整合院內相關研究所和南京大學、國防科大等高校的優質資源，在教育部支持下成立了量子信息與量子科技前沿協同創新中心，潘建偉分別出任中心主任。他說：「我們希望能瞄準世界科學前沿和國家重大需求，為國民經濟發展和社會進步作貢獻。」
目前，千公裡光纖量子通信骨幹網工程「京滬幹線」項目正在穩步建設，將於2016年年底前建成連接北京、上海的高可信、可擴展、軍民融合的廣域光纖量子通信網絡，同時，潘建偉團隊牽頭實施中科院戰略性先導科技專項，將於2016年發射首顆「量子科學實驗衛星」，旨在實現高速星地量子通信並連接地面的城域量子通信網絡，初步構建我國的廣域量子通信體系。
（原載於《光明日報》 2015-06-02 01版）
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