“潘之队”成了世界量子领跑者——金华籍科学家潘建伟及其团队抢占科技创新制高点的故事

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金华日报 2018/12/15 10:46:10
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       仰望苍穹,太空之中,从2016年8月16日至今,全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”不知疲倦地绕地旋转。

  百余年来,量子力学的许多理论不断得到实验结果支持,催生了原子弹、激光、核磁共振、全球卫星定位系统等重大发明,并衍生出以量子通信和量子计算为代表的量子信息技术。一场量子革命正在改变着世界。而中国,正在这场革命中弯道超车,抢占量子科技创新的制高点。

  这次超越以“墨子号”的发射升空为发端,金华籍科学家潘建伟和他的团队为之付出了20多年的努力。现在,许多人以“量子之父”尊称潘建伟,他的“潘之队”成了领跑世界量子的先锋队。

  井喷之年:中国站到世界最前沿

  2016年8月16日,对潘建伟来说,是一个刻骨铭心的日子。这一天,完全由我国自主研制的全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”在酒泉卫星发射中心发射升空。在中科院新闻发布当天,潘建伟说:“这是我这辈子目前为止,做过的最好的科学成果。”对他和他的“潘之队”来说,刷新纪录虽是家常便饭,但将世界上首颗量子卫星送上天仍然是耀眼得让人骄傲。

  “墨子号”的成功发射引起了全世界关注,它要在500公里的卫星上向两个地面站发送纠缠光子对,而这些光子中包含了量子信息。潘建伟将这个难度形象地比喻为“在1万米高空的飞机上同时向两个储钱罐扔旋转的硬币”。这颗卫星将“量子纠缠”的实验距离拉到1200公里,把科学家一直假想的实验变成现实,也让中国量子在太空中领跑全球。中国由此成为世界上第一个在卫星和地面之间实现量子通信的国家,人类保密通信开启了新纪元。

  “墨子号”圆满完成在轨测试任务,正式交付用户单位使用,我国在量子通信领域的研究在国际上全面领先。2016年11月,“京沪干线”的量子通信项目合肥至上海段开通,这条长达712公里的线路是当时全球已开通的最长量子保密通信骨干网络,为一年后“京沪干线”的建成打下坚实基础。2016年底,“墨子号”量子卫星和人类首次探测到引力波等重大成果共同入选英国《自然》杂志年度国际重大科学事件,潘建伟先后入选“感动中国2016年度人物”和“2016中国科学年度新闻人物”。

  2016年年初,潘建伟和他的团队获得国家自然科学奖一等奖,刷新中国自然科学领域最高奖的“最年轻获奖者”纪录。这个奖是颁给他们的“多光子纠缠和干涉度量学”研究的,该研究也是“潘之队”在量子通信和量子计算等方向上取得世界领先科研成果的基础。

  这一年,潘建伟45岁。这一年,量子通信成为科学界名副其实的“网红”,它让中国“赶上世界”的强国梦又多了一次历史性跨越,也成为老百姓心目中大国崛起的自信来源之一。

  2017年1月,量子卫星三大目标实验基本顺利完成。

  异军突起:“集中力量办大事”

  在量子物理学诞生的100多年里,有关研究始终长盛不衰。在只争朝夕的国际科研竞争前几十年,一直难见到中国人的身影。但从2011年立项到2016年发射量子卫星,中国人只用了短短5年就实现弯道超车。“潘之队”敢为天下先,把量子“纠缠”进行到底,潘建伟把功劳归结为国家“集中力量办大事”。他说,这项成果是由一个大团队做出的,受益于中国“大科学”项目建设的高效性,“墨子号”卫星的每一个部件都凝聚着各科研机构的心血。他介绍,在中国科学院空间科学战略性先导科技专项的支持下,他和同事彭承志等人组成研究团队,联合中国科学院上海技术物理研究所王建宇研究组、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单位合作完成,这些来自多领域的技术团队都为“墨子号”的升空拿出了看家本领。由于没有经验可借鉴,所有困难都是我国自行解决的,其中的曲折和艰辛旁人难以想象。

  1996年,潘建伟在维也纳读博士时,导师问他的第一个问题是:“你的梦想是什么?”“我的回答是‘将来在中国建一个世界一流的量子物理实验室’。”2001年,在中科院和有关科教主管部门支持下,中国科技大学开始组建量子物理和量子信息实验室。当时高校科研经费普遍紧张,潘建伟申请的200万元科研经费不是小数目,而中科院基础科学局拨了400万元,设备人员很快都到位,实验室迅速启用。2003年,潘建伟向中科院提出利用卫星实现远距离量子纠缠分发的方案。在质疑声中,中科院“咬牙”批给潘建伟团队100多万元。这才有了后面的故事:潘建伟和他培养出的数位“操纵光子的巫师”,一路保持世界领先,将“量子隐形传态”从科幻世界带进现实,实现距离和维度的多次跨越。

  近些年,国家高度重视科技发展,有了国家战略的支持,中国的量子科研工作者的信心更坚定了:“第二次量子革命”将带来巨大的技术和应用前景,也给我国带来了从跟随者、模仿者转变为未来信息技术引领者的重大机遇。

  赤子之心:我们回家吧

  量子信息领域是一个正在迅速发展的多学科交汇领域,需要各方面人才、技术和较高强度经费支持,天时地利人和缺一不可。

  早在1999年从维也纳大学博士毕业时,潘建伟就已取得不俗的成就:1998年其成果被美国《科学》杂志评为年度国际十大科技新闻,1999年其论文与爱因斯坦等世界著名科学家的论文一起入选《自然》杂志的物理学百年经典。到2003年,潘建伟在量子纠缠技术方面已经不需要再向任何国外专家请教,他选择远赴海德堡大学担任客座教授,继续探索学习量子信息领域的前沿技术。2008年,国内量子通信技术还未起步,潘建伟则拥有了一支全世界顶尖的量子科研团队。他认为,是时候回国了。

  “很幸运,我回国开展工作时,正赶上国家经济高速发展的时期。而随着工作的推进,国家对量子信息的基础研究和应用基础研究也有较大强度的支持。”潘建伟说,他喜欢做菜,而且厨艺颇佳,他经常说,做一盘好菜,要有各种各样的好原料。在他看来,搞科研也是如此。从事量子信息研究就像炒菜,要有各种好的原料:有电子学的人,有理论做得好的人,有控制激光的人……这就需要一支“量子梦之队”。

  2003年到2008年间,中科大同意潘建伟的特殊“申请”——赴德国海德堡大学学习量子存储技术。在他的布局下,一批学生陆续被推荐到国外各顶尖实验室: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,张强到斯坦福学习单光子探测技术……他教导学生喜欢学什么就学什么,让每一个人都充分地发展自己,成为最好的自己。他很关心团队里的每一个成员,清楚每一个人的特点,总是鼓励大家,给他们提供最好的学习和工作条件。自建组以来,量子光学一直是“潘之队”的传统优势领域。他们先后四次打破自己保持的多光子纠缠纪录,始终比国际上许多组都领先至少两年。

  潘建伟的团队很优秀:每个人单独出去,有不少地方都想要,但他们出国学习之后都立即归队。因为他们和潘建伟有一个“君子之约”——学成后回家,为自己的祖国服务。回家的工作很繁琐:潘建伟小组在海德堡大学有四个实验室,一一做统计。搬家的清单,足足列了20页,大到激光器,小到12毫米的镜片也要搬回来。潘建伟的归来,不但带来了优秀科研人才,带回了先进的实验装置,还带来了前沿领域的长远眼光,为中国量子技术发展注入重要的推动力。

  经过10余年努力,这支团队成为在量子信息领域能够开展全面系统性实验研究的少数几个团队之一。而中国在量子信息技术领域取得世人瞩目的进步:率先突破100公里级光纤量子保密通信;成功发射首颗量子科学实验卫星,首次实现星地量子通信;建成总长约2000公里的光纤量子保密通信骨干网络“京沪干线”;首次演示超越早期经典计算机的多光子可编程量子计算原型机;首次实现10个超导量子比特纠缠的量子计算芯片……

  昔日的导师塞林格2017年曾这样评价他这位学生的成果:“爱因斯坦一定会对此感到惊讶,因为这超出了爱因斯坦的预期。”潘建伟却并不满足,他经常对团队成员说:“你在这个领域做得好,未来呢?如何占领下一个制高点?怎么能保持领先地位?一定要成长起来,独当一面。”他甚至把眼光放到了10多年以后:“到2030年,中国和全球的量子通信发展也许会迎来一场革命。那时候,我已经60岁。”而“潘之队”的其他成员正年富力强,“陈宇翱、陆朝阳、彭承志、陈增兵……他们正在进行的工作将是量子信息领域的新‘圣杯’”。

  27岁入选美国《科学》杂志“年度全球十大科技进展”,31岁任中国科学技术大学教授,32岁入选教育部“长江学者奖励计划”特聘教授,41岁当选中国科学院院士,42岁斩获国际量子通信大奖,45岁获得国家自然科学一等奖,46岁把世界首颗量子卫星送上天……潘建伟是中国的骄傲,也是金华的骄傲。本报从上世纪90年代末开始报道潘建伟的科研成果,潘建伟团队科研进展的每一个脚步,都被及时地记录在《金华日报》上。让金华读者对这位老乡科学家和他的“潘之队”都非常熟悉和亲切,若要论2016年的大事,自然而然地想到让金华人骄傲的“墨子号”上天。

  出生于东阳的潘建伟不仅有严谨的科研之风,还有朴实的家国情怀。在他的团队里有不少金华学子的身影,东阳中学毕业的陆朝阳、马雄锋都是受到潘建伟直接影响而成了中国乃至世界量子领域的科技明星。毕业于金华环城小学的李宇怀目前是中国科技大学博士研究生,参与了量子卫星发射工作,也是潘建伟的弟子。对于金华的发展,潘建伟不仅关注,而且出力。在他的推动下,中科大与金华签署战略合作协议,共建金华技术转移中心,在信息经济、先进装备制造、健康生物医药等领域促进合作、培育人才,推动包括语音、量子通信相关产业项目在金华落地,为金华优势产业发展提供技术人才保障。在2017年的金华发展大会上,潘建伟说,一路走来,得到了家乡亲友和企业的帮助,目前他也与家乡的企业多有合作,他将与大家一道,为金华发展集聚智慧、添砖加瓦。

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  • pankongquan (2019/1/3)

    广东省茂名市高州市石板镇高和村潘家祠堂文化艺术重新发展,希望宗亲能带给希望微信pkq18306683596.电话:19902435198

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