「集團軍」讓量子研究捷報頻傳｜「率先行動」計劃
2020-09-10 中國科學報作者 | 陳歡歡
近日，光量子計算和大尺度光量子信息處理兩項成果雙雙入選中國科學院「率先行動」計劃第一階段59項重大科技成果及標誌性進展。
8月16日，世界首顆量子科學實驗衛星「墨子號」迎來4歲生日。在距離地球500公裡的軌道上，這顆超期服役2年的「老」衛星仍然捷報頻傳。
6月15日，中國科學院院士、中國科學技術大學教授潘建偉領銜的合作團隊在《自然》發表論文，在國際上首次實現了基於糾纏的無中繼千公裡級量子保密通信。這也是「墨子號」4年間產生的第5篇《自然》《科學》論文。
隨著一項項科學實驗的成功，衛星量子通信的應用前景日益清晰。
戰略布局佔先機
7月23日，美國能源部公布報告，規劃了美國「量子網際網路」戰略藍圖。歐盟早在2016年也提出過「歐洲量子技術旗艦計劃」，打算用10年建成量子網際網路。
可喜的是，我國在這一領域，相關基礎研究和工程技術水平都處於國際引領地位。
今年3月，我國科學家剛剛創造了光纖量子通信509公裡的新紀錄。同時，「墨子號」保持著星地之間1200公裡量子通信的世界紀錄。「墨子號」和「京滬幹線」的成功實施，構建了國際首個天地一體的廣域量子通信網絡雛形。
之所以能「起個大早、趕個早集」，得益於潘建偉的戰略眼光與布局。
量子科技研究主要集中在量子通信、量子計算和量子精密測量等領域，有多光子糾纏、光量子計算、超冷原子量子模擬、光晶格量子模擬、量子中繼器等諸多方向。
這麼多學科方向，一個人不可能包打天下。從單槍匹馬到帶領一支近百人的團隊，潘建偉用了10多年時間。
本世紀初，量子科技在中國還頗為冷門。潘建偉也面臨著學科方向不被理解、申請經費四處碰壁的困境。
在人手緊缺的情況下，他卻果斷地把優秀學生紛紛送走。德國海德堡大學、奧地利因斯布魯克大學、美國史丹福大學、英國劍橋大學、瑞士日內瓦大學……這些量子科學和技術頂尖團隊所在地，都留下了潘建偉弟子學習的身影。
如今，各研究室獨當一面的負責人正是當年那些漂流四海的年輕人。
「墨子號」量子糾纏源分系統主任設計師印娟的成長路線卻略有不同。
2002年，大二結束的暑假，印娟來到潘建偉實驗室，成為實驗室第一位女生，從此再沒有離開。
2017年，「墨子號」千公裡級星地雙向量子糾纏分發實驗成功，以封面論文的形式發表在《科學》，印娟成為團隊裡第一個同時擁有《自然》和《科學》第一作者身份的科學家。
善於布局，也安心等待。這樣的一支團隊，一出手就是「大」成果不足為奇。
敢想敢幹出奇蹟
「墨子號」科學應用系統主任設計師任繼剛，至今仍清楚地記得讀博時第一次聽潘建偉作報告的情景。「太神奇了，就像聽一個科幻故事。」他回憶說。
在場的很多人可能也跟任繼剛一樣，把量子科技當成科幻故事。而作報告的那個人卻是認真的。
2003年，潘建偉陷入量子通信研究瓶頸。由於光子在光纖傳輸時損耗太大，傳輸100公裡只剩下1%的信號到達接收端。而外太空因為幾乎真空，光信號損耗非常小，潘建偉破天荒地提出了「上天」這個「大膽且瘋狂」的方案。
當時，他向博士生彭承志科普量子通信的發展前景，當說到需要通過太空實現長距離傳輸時，彭承志認為「這是一個遙不可及的夢想」。他問潘建偉：「這個事，是不是挺牛的？」潘建偉想了想，很肯定地回答：「肯定牛，是世界上最牛的，至少是之一。」
帶著這樣的信念，他們在合肥大蜀山山頂開始了第一個實驗，於2005年實現了13公裡的量子糾纏分發。這個傳輸距離超過了大氣層的等效厚度，從而證實了遠距離自由空間量子通信的可行性。
2009年，團隊在青海湖開展百公裡量子糾纏分發實驗。當時，團隊裡的3位主力——2007年博士畢業的任繼剛、2009年博士畢業的印娟、2010年將要博士畢業的廖勝凱，後來分別成為「墨子號」3個分系統主任設計師。
島上通信信號極差，幾位年輕人沒什麼消遣，晚上做實驗，白天借著搭建的無線網橋開例會。2012年，團隊在國際上首次實現百公裡量級的自由空間量子隱形傳態和糾纏分發。
2017年，利用「墨子號」，他們將量子糾纏分發的距離再提高一個量級，達到1200公裡。
從大蜀山的13公裡到天地間的上千公裡，潘建偉團隊一步一個腳印，從無到有地驗證了量子通信的可行性。
「率先行動」很給力
中國科學院院士、科技部原部長徐冠華曾公開指出，我國對自身科學研究能力不自信，「在科技項目的確定過程中，習慣於拒絕支持有爭議的項目，排斥沒有國外先例的研究」。
當年的潘建偉，面對的就是這樣的窘境。
2003年，潘建偉首次提出利用衛星實現自由空間量子通信的構想。這個「前無古人、聞所未聞」的想法立即遭到多方質疑：量子信息科學，歐洲美國都剛剛起步，我們為什麼現在要做？
這個「不靠譜」的計劃卻獲得了中國科學院的支持。2011年底，中國科學院空間科學先導專項正式立項「量子科學實驗衛星」，自此打開了量子世界的大門。
2014年，中國科學院啟動實施「率先行動」計劃，給「墨子號」研製團隊帶來了「集團軍」的支持。
當年10月，中國科學院量子信息與量子科技前沿卓越創新中心率先成立，2017年5月更名為量子信息與量子科技創新研究院。
這使得中國科學技術大學同中國科學院上海技術物理研究所、微小衛星創新研究院、光電技術研究所等都有了更加緊密的合作關係。
中國科學院上海技術物理研究所研究員、量子科學實驗衛星工程常務副總師王建宇曾比喻稱：星地間量子糾纏分發的難度，就像在太空中往地面的一個存錢罐裡扔硬幣，而且天空中的「投擲者」相對地面上的「存錢罐」還在高速運動。
在「率先行動」計劃的支持下，這樣一項看似「不可能的任務」最終順利完成。「我們的合作體現出了創新研究院的價值，那就是集中力量幹大事。」潘建偉說。
中國科學院院長、黨組書記白春禮評價稱，「墨子號」為中國在國際上搶佔了量子科技創新制高點，成為了國際同行的標杆，實現了「領跑者」的轉變。
天時、地利、人和，量子團隊的下一個「驚喜」也許很快就會到來。
《中國科學報》 （2020-09-10 第1版 要聞）
編輯 | 趙路
排版 | 志海
不想錯過中國科學報的推送？
關注並將我們星標吧！
方法如下 ↓
相關焦點
-
遙感地球的脈動｜「率先行動」計劃
近日，中科院公布了「率先行動」計劃第一階段重大科技成果及標誌性進展，中科院空天信息創新研究院（以下簡稱空天院）的「全球遙感空間信息系統」項目榜上有名。自2014年中科院「率先行動」計劃實施以來，空天院認真貫徹落實，聚焦重大重點項目，不斷協同創新，取得了重大科技成果。如今的這份榮譽，不但是對他們7年潛心攻關的最好總結，也讓他們覺得，自己離夢想又近了一步。 -
「明星」pi-分子養成記｜「率先行動」計劃
在中國科學院「率先行動」計劃支持下，中國科學院化學研究所（以下簡稱化學所）聯合長春應用化學研究所、上海有機化學研究所以及微電子研究所等多家單位，圍繞pi-分子體系開展深入研究，創造出一批「明星」分子，引領了分子材料和器件研究，奠定了柔性光電子應用的核心物質基礎。今年8月，這項成果入選中國科學院「率先行動」計劃第一階段59項重大科技成果及標誌性進展。 -
中國科大6項研究成果入選中科院「率先行動」計劃
近日，中科院圍繞「三個面向」凝練總結出59項「率先行動」計劃第一階段重大科技成果及標誌性進展。我校負責的光量子計算、大尺度光量子信息處理和亞納米分辨的單分子光譜成像等研究成果以及參與的空間科學前沿探索與月球探測、暗物質粒子探測衛星和科學研究進展等5項成果入選「面向世界科技前沿」成果進展。 -
遙感地球的脈動丨率先行動計劃
近日，中科院公布了「率先行動」計劃第一階段重大科技成果及標誌性進展，中科院空天信息創新研究院（以下簡稱空天院）的「全球遙感空間信息系統」項目榜上有名。自2014年中科院「率先行動」計劃實施以來，空天院認真貫徹落實，聚焦重大重點項目，不斷協同創新，取得了重大科技成果。如今的這份榮譽，不但是對他們7年潛心攻關的最好總結，也讓他們覺得，自己離夢想又近了一步。 -
在先進核能路上披荊斬棘｜「率先行動」計劃
近日，中科院公布了「率先行動」計劃第一階段重大科技成果及標誌性進展，「加速器驅動先進核能系統原理驗證及關鍵技術重大突破」榜上有名。「雞蛋不要放在一個籃子裡」核能是目前最高效的能源，但隨核燃料裂變反應產生的乏燃料，其放射性可持續幾萬年。 -
中科院「率先行動」計劃第一階段目標完成
央視網消息：在昨天（16日）舉行的國新辦發布會上，中國科學院介紹，通過六年改革創新、研究攻關，中科院全面完成「率先行動」計劃第一階段目標任務產出了一大批重大原創成果，為2030年全面實現「四個率先」目標打下了堅實的基礎。 -
見「微」知著 交叉引領｜重點實驗室巡禮
實現單分子拉曼光譜成像中科院「率先行動合肥微尺度物質科學國家研究中心（以下簡稱微尺度國家研究中心）主任羅毅可能最有體會。羅毅喜歡在朋友圈分享微尺度國家研究中心的「喜報」：重量級進展、高水平文章、各種獎項。近兩年可謂捷報頻傳，幾乎每個月都有好消息。2019年更是標誌性的一年，微尺度國家研究中心共發表10篇《科學》《自然》《細胞》論文，且各領域都有好工作出現，呈全面爆發之勢。 -
中國科學院「率先行動」計劃｜在先進核能路上披荊斬棘
近日，中科院公布了「率先行動」計劃第一階段重大科技成果及標誌性進展，「加速器驅動先進核能系統原理驗證及關鍵技術重大突破」榜上有名。（高能所供圖）按規劃，ADS這條路要走通，需要經過幾個階段：原理研究和關鍵技術突破、技術路線驗證、系統集成和原理驗證、形成工業示範和進行商業化推廣。ADS先導專項對應著第一階段。而這一階段的重點之一，就是實現加速器關鍵技術的突破。 -
中科院公布「率先行動」計劃第一階段進展
昨日，國新辦舉行新聞發布會，介紹中國科學院「率先行動」計劃第一階段實施進展情況。中國科學院院長白春禮在會上介紹，「率先行動」計劃分「兩步走」，第一步是從2014年至2020年底，要基本實現「四個率先」，即「率先實現科學技術跨越發展，率先建成國家創新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設國際一流科研機構」。 -
「悟空」的暗物質取經之路｜「率先行動」計劃
近年來，探測暗物質粒子已成為一項重大科學問題，世界各國正在不遺餘力地通過各種手段開展暗物質探測研究。早在20世紀末，紫金山天文臺的空間天文團隊就開始從事空間間接探測暗物質的研究。1997年，美國宇航局在南極開展了一項名為ATIC（先進薄電離量能器）的氣球探空項目，用來觀測宇宙線。當年，常進從這個項目中驚訝地發現：「ATIC只觀測宇宙線，有點浪費呢！」 -
量子信息、中國天眼……「率先行動」計劃取得這些重大成果
中新網9月16日電 16日，中國科學院院長白春禮在發布會上介紹，「率先行動」計劃第一階段科技產出目標任務圓滿完成，產出了一大批重大成果。16日，國新辦就中國科學院「率先行動」計劃第一階段實施進展有關情況舉行發布會。中國科學院院長白春禮介紹中國科學院「率先行動」計劃第一階段實施進展有關情況，並答記者問。 -
量子信息、中國天眼……「率先行動」計劃取得這些重大成果
中新網9月16日電 16日，中國科學院院長白春禮在發布會上介紹，「率先行動」計劃第一階段科技產出目標任務圓滿完成，產出了一大批重大成果。16日，國新辦就中國科學院「率先行動」計劃第一階段實施進展有關情況舉行發布會。中國科學院院長白春禮介紹中國科學院「率先行動」計劃第一階段實施進展有關情況，並答記者問。 -
中國科學院全面完成「率先行動」計劃第一階段目標任務
據介紹，中國科學院已全面完成了「率先行動」計劃第一階段目標任務，產出了一大批重大原創成果，突破了一大批關鍵核心技術，引領帶動中國多個領域方向躋身世界前沿，為2030年全面實現「四個率先」目標打下了堅實的基礎。 -
進擊的古基因組研究 |「率先行動」計劃
；兩個月後，該團隊又發布最新發現：通過古基因組研究發現距今約1.1萬年的中國南方未知現代人群，相關研究揭示出中國南方與東南亞人群舊石器時期的遺傳聯繫。近十幾年來，古DNA研究發展非常迅速，國際團隊爭相在數以億計的基因組數據中尋找蛛絲馬跡，破譯人類演化之謎。其中，由付巧妹領銜的古脊椎所古DNA研究團隊，不僅參與重新書寫了歐洲最早的現代人類的歷史，還掀起了亞洲先民演化歷史故事的序幕。中科院「率先行動」計劃實施以來，古脊椎所在「古基因組揭秘人類演化」領域取得的一系列突破性成果，在古DNA研究浪潮裡大放異彩。 -
中科院連續8年居自然指數全球首位,「率先行動」計劃第一階段碩果...
◎ 科技日報記者 陸成寬「率先行動」計劃第一階段實施六年來，在習近平總書記新年賀詞中提到的22項重大科技成果中，有14項是由中國科學院（以下簡稱中科院）牽頭或作出了重要貢獻；在7項國家自然科學獎一等獎中，中科院作為第一完成人獲得了3項，作為主要完成人獲得了1項，佔全國的57%；在自然指數國際排名中 -
為「北鬥」上天鋪就科技路｜「率先行動」計劃
近日，「中國衛星導航系統重大專項」成果入選中科院「率先行動」計劃59項重大科技成果及標誌性進展。 -
一文讀懂丨「率先行動」計劃第一階段都做了啥?
據央視新聞9月16日消息，在今天（16日）上午國務院新聞辦公室舉行的新聞發布會上，中國科學院院長白春禮表示，「率先行動」計劃第一階段在量子信息和凝聚態物理、深空深海和經濟社會發展的重要戰略領域方面都實現了重大突破。 -
「悟空」的暗物質取經路 |「率先行動」計劃
近日，暗物質粒子探測衛星和科學研究入選中科院「率先行動」計劃59項重大科技成果及標誌性進展之一。將想法變成現實基於南極氣球實驗以及前後開展的載人航天、探月等一系列項目中積累的技術經驗，在中科院「率先行動」計劃的支持下，2011年12月空間科學先導專項暗物質粒子探測衛星正式立項，2015年12月，「悟空」暗物質粒子探測衛星成功發射。 -
中科院「率先行動」計劃第一階段進展如何？量子信息和凝聚態物理方面已領跑國際
與非網 9 月 17 日訊，在日前國新辦召開的新聞發布會上，中國科學院院長白春禮就中國科學院「率先行動」計劃第一階段實施進展有關情況作出介紹，量子信息和凝聚態物理方面在國際上達到了並行領跑。率先在國際上實現了千公裡級的量子糾纏星地密鑰分發，從衛星向地面雙向的量子糾纏分發，還創造了光纖量子密鑰分發超過 500 公裡的世界記錄。據悉，「率先行動」計劃共分「兩步走」，第一步是從 2014-2020 年底，要基本實現「四個率先」，2020 年—2030 年要全面實現「四個率先」。而今年也是「率先行動」計劃第一階段的收官之年。 -
潘建偉團隊:做世界「最牛」的量子研究—新聞—科學網
近日，光量子計算和大尺度光量子信息處理兩項成果雙雙入選中國科學院「率先行動」計劃第一階段59項重大科技成果及標誌性進展。