潘建偉院士：量子世界里領跑者操縱微觀粒子進入人們生活

　　 采訪潘建偉院士的地點約到了上海，多少有些出乎意料。安排記者采訪的中國科技大學上海研究院杜先彬老師一再解釋：潘院士實在太忙，時間只有兩個小時，之后還要參加中科院的一個重要會議，若不行的話只能“緊盯插空”了。而前一天晚上，潘建偉還在醫院檢查治療。

　　我國也是世界上首顆量子科學實驗衛星將于2016年發射，在位于浦東的中科大上海研究院，作為項目牽頭人的潘建偉院士和他的團隊正為此緊張地工作著，常常夜以繼日。

　　1970年出生的潘建偉，41歲當選中國科學院院士，42歲當選發展中國家科學院院士，同年獲得量子信息科學領域最高獎項“國際量子通信獎”……短短幾年間，斬獲國內、外諸多榮譽及頭銜，這些都源于潘建偉和他的團隊在競爭激烈的量子通信世界科學的前沿，已牢牢地占據著制高點。

　　放飛在量子世界的夢想

　　潘建偉選擇物理，完全因為興趣。高考時，他本有機會被保送到浙江大學讀當時的熱門專業。“如果接受保送，可能就無法繼續我的物理夢了。”潘建偉考入中國科大近代物理系。

　　上中學時，他的英語不好，一次英語課上，他鼓起勇氣舉手發言，可站起來之后“腦子一片空白”，這讓潘建偉很受挫并暗下決心：“如果將來在國內做出成就，讓別人請我去講學。”

　　1996年，在中國科大獲得碩士學位后，潘建偉投入奧地利因斯布魯克大學塞林格教授門下攻讀博士。望著眼前這位來自中國的年輕學者，塞林格問他：“潘，你的夢想是什么？”

　　“我要在中國建一個和您實驗室一樣在世界領先的實驗室。”

　　彼時，導師正組織量子信息實驗研究的一個國際合作項目。而潘建偉腦子里也醞釀著一個實驗方案。一個月后，他覺得方案成熟了，便興奮地在組里報告他的設想。塞林格問：“潘，你不知道這就是量子態隱形傳輸的理論方案嗎？你不知道我們另一個小組正在做這個實驗嗎？”

　　潘建偉確實不知道，他堅定地對導師說：“我要加入這個實驗！”僅僅一年之后，潘建偉便與同事一起在國際頂尖雜志《自然》上發表了首次實現量子隱形傳態的學術論文，該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》雜志評為年度十大進展，并同倫琴發現X射線、愛因斯坦建立相對論等成果一道，被《自然》雜志選為“百年物理學21篇經典論文”。

　　從“追隨”到“領跑”

　　2001年，潘建偉回到中科大組建實驗室。但當時國內量子通信研究無論是水平還是人才儲備，基礎都很薄弱。

　　潘建偉再次回到歐洲，跟隨已經轉到維也納大學的塞林格，以博士后身份從事研究。“我們必須與國際先進小組保持密切聯系，才能更快地前進。”潘建偉說。

　　這期間，潘建偉像“候鳥”一樣國內國外兩頭跑。不到一年時間，他在國內的研究組作為第一單位在權威雜志《物理評論快報》上發表了7篇論文。而當時國內高校在該雜志一年也發不了幾篇。

　　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》雜志發表了這一成果，并稱贊他們“完成了一次壯舉”。該成果同時入選歐洲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量子糾纏方面的工作已經成功躍居國際領先水平。”潘建偉說。

　　2008年，潘建偉把在海德堡大學的實驗室整體搬回中國科大，并將一批優秀的青年學術骨干從歐洲引進到中國科大工作。“搬家的清單足足列了120頁，大到激光器，小到12毫米的鏡片，全部搬回來了。”

　　從2004年至今，潘建偉團隊取得了一系列讓人驚艷的研究成果，數次創造世界第一：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16公里自由空間量子態隱形傳輸；首次實驗實現了八光子薛定諤貓態；利用八光子糾纏，首次實驗實現了拓撲量子糾錯；首次實驗實現了百公里量級的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……

　　英國著名的科學新聞雜志《新科學家》以封面標題的形式這樣評價潘建偉中科大團隊：“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占據了一席之地。”

　　操縱微觀粒子進入人們的生活

　　對一般人而言，量子理論和技術難以理解，這樣匪夷所思的科研成果有什么用途？

　　150年前，當麥克斯韋發現電磁波時，人們也在問同樣的問題。事實上，電磁波的發現才讓電視、無線電、雷達和手機成為可能。對量子態隱形傳輸和糾纏交換的研究同樣是未來信息技術的基礎。

　　潘建偉有著明確的科研圖標：通過量子通信研究，從初步實現局域的量子通信網絡，到實現多橫多縱的全球范圍網絡，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……

　　20世紀初的實驗發現，能量或物質細小到一定限度，就無法被準確測量了。理論上完美到極致的顯微鏡，對于一個量子級別的粒子也束手無策，因為一“碰”就毀壞了粒子的待測狀態。如果讓量子態的粒子攜帶密碼信息，當間諜“偷聽”時，信息就被偷聽動作改變了，因而這條信息通道可以保證內容的絕密。

　　“量子糾纏”曾被愛因斯坦稱作“幽靈般的超距離作用”。有共同來源的兩個微觀粒子之間存在著糾纏關系，不管它們被分開多遠，只要一個粒子發生變化就能立即影響到另外一個粒子，即兩個處于糾纏態的粒子無論相距多遠，都能“感知”對方的狀態。靠著量子糾纏的特性，科學家就可以給出一個無法竊取、也無從破譯的“密鑰”。

　　操縱微觀粒子進入人們的生活，潘建偉團隊正在這座科研圖標上穩步跨越：2009年，潘建偉團隊在合肥市建立了世界上首個多節點的全通型光量子電話網，并在天安門城樓、中南海等關鍵地點之間構建了“量子通信熱線”，用于重要信息傳送保障。

　　2012年，潘建偉團隊完成了包括幾十個節點的合肥城區量子通信網絡示范工程，規模遠遠超過國際上已有的量子通信網絡，標志著大容量的量子通信網絡技術已經取得了關鍵性突破。同年11月，該團隊研制的“基于量子通信的高安全通信保障系統”投入運行，為國家重要政治活動提供信息安全保障。

　　2013年，潘建偉團隊實現了“測量器件無關的”量子通信，從而解決了單光子探測系統易被黑客攻擊的安全隱患，大大提高了現實量子密鑰分發系統的安全性。該成果被美國物理學會《物理》雜志評選為年度國際物理學重大進展。

　　潘建偉出任首席科學家的千公里光纖量子通信骨干網工程“京滬干線”項目，2016年前后將建成連接北京、上海的高可信、可擴展、軍民融合的廣域光纖量子通信網絡。“量子保密通信在城域網上的使用已經基本成熟，快則兩三年，慢則三五年，就可以推廣。”潘建偉說。

　　而對于量子科學試驗衛星，《自然》雜志新聞特稿寫到，中國將領先歐洲和北美，發射一顆量子科學實驗衛星。這將為物理學家提供一個測試量子理論基礎以及探索如何融合量子理論與愛因斯坦廣義相對論的全新平臺。

　　潘建偉最欣賞孔夫子那句名言：知者不惑，仁者不憂，勇者不懼。“如果說當年楊振寧先生和李政道先生證明，中國人在國外可以做很好的‘科學’。那么我們現在證明了，中國人在國內也可以做很好的‘科學’。”