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“千人计划”专家潘建伟:超前布局 抢占量子世界 more


 潘建伟 中 国科学技术大学教授,中国科学院院士,发展中国家科学院院士,中组部首批“千人计划”入选者,中科院量子科学实验卫星先导专项首席科学家,中科院量子系统 的相干控制先导专项首席科学家,中科院量子技术与应用研究中心主任,中科院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心主任、教育部量子信息与量子科技前沿协同创 新中心主任。


  追逐梦想


  1987年,我从浙江省东阳中学考入中国科大近代物理系。之所以选择科大,是因为这是一所“能够放得下一张平静书桌”的学风非常淳厚的大学。


  在科大,我第一次接触到了量子力学,了解到在微观世界里有很多奇特的现象。本科毕业前,我集中研究和总结了量子世界的各种佯谬,写进了毕业论文。此后,我继续在科大攻读理论物理硕士学位,研究方向是量子基本理论。


  随着研究的深入,我越发认识到,量子理论中的各种悬疑需要尖端的实验技术才能得以验证,而当时国内在这方面与国际先进水平相比还比较落后。这令我困惑了 很久。最终,我还是在硕士毕业后选择了出国留学。1996年,我来到奥地利茵斯布鲁克大学,投身AntonZeilinger教授门下攻读实验物理学博士 学位。


  我至今仍清晰地记得第一次见到Zeilinger教授时,他问我的梦想是什么,我回答说:“在中国建一个像您实验室这样的世界领 先的量子光学实验室”。现在回想起来,当时真有点“初生牛犊不怕虎”的味道,但的确反映了我们这一代人希望改变我国量子科技领域在国际上长期处于跟随水平 的迫切心情。


  一个理论物理专业的硕士,要想很快进入实验量子物理的前沿,其中的困难可想而知。为了尽快掌握实验方面的知识和要领,我几乎整天都泡在实验室里,摆弄着以前从未见过的光学器件。在科大训练出的较扎实的理论功底对于我迅速理解和掌握实验技术是至关重要的。


  经过一年多的日夜艰苦努力,我和实验室的同事们完成了一个重要的实验,即在国际上首次实现光子的量子隐形传态。当实验结果完美地呈现时,我知道自己完成了梦寐以求的事情:与微观量子客体的第一次亲密接触。


  我们的工作发表在《自然》杂志上,被认为是量子信息实验领域的开端,同时被美国物理学会、欧洲物理学会和《科学》杂志评为年度十大进展,并被《自然》杂志在其特刊选为“百年物理学21篇经典论文”。


  这个工作使我坚定了从事实验量子物理研究的信心,此后又先后在国际上首次完成了量子纠缠交换,三光子、四光子纠缠及其非定域性检验,量子纠缠纯化等重要实验。


  回国创业


  我在奥地利攻读学位的时期,正是量子信息这门新兴科学开始蓬勃发展的年月,国际科技界已经能够预见到其发展有可能会对未来信息技术的发展和人类社会生活 产生革命性的影响。然而,这门学科的发展当时在国内还有很大争议,有人甚至认为量子信息是伪科学。从1997年开始,我每年都利用假期回到科大讲学,通过 各种渠道和国内的前辈们一起为我国在量子信息领域的发展提出建议,并带动一批研究人员进入这一领域,希望祖国能很快跟上这个新兴科技领域的发展步伐。


  2001年,在当时科学院主管基础研究和人才引进的白春礼院长的感召和鼓励下,我回国开始在科大组建实验室,同时获得了基础局和人教局的支持。


  让我记忆犹新的是,当时向基础局申请的知识创新工程重要方向性项目经费很保守,200万元,只是考虑了用于购买设备和开展实验的经费,连人员经费、差旅 费等都没有考虑在内,结果基础局批准了400万元,加上人教局通过“百人计划”支持的200万元,在当时算是一笔大投资了,我们的研究工作得以顺利起步。


  仅2003年一年,我们以国内研究组作为第一单位发表在《物理评论快报》上的论文就有7篇。2004年,我们在国际上首次实现五光子纠缠和终端开放的量 子态隐形传输,《自然》杂志发表了这一成果,同时入选欧洲物理学会和美国物理学会评选出的年度国际物理学重大进展,这对中国科学家来说是第一次。


  抢占高峰


  我们团队此后发展道路中的每一个阶段,都伴随着路甬祥、白春礼院长等院领导的亲切关怀和精心呵护。


  记得在实验室组建之初,考虑到量子信息是一个多学科交叉的新兴领域,需要各方面的人才、技术和较高强度的经费支持,科学院和科大就建议我们保持和发展与 国外相关优秀小组的合作关系。正是得益于这种理解和支持,才使得我于2003年至2008年间在快速推进国内实验室建设的同时,能够在欧洲从事冷原子量子 调控方面的学习与合作研究,并通过从国内招收研究生和博士后等方式培养这方面的研究力量,从而帮助我们在那个时期完成了光与冷原子量子信息技术方面至关重 要的人才和技术原始积累。2008年,我们将在海德堡大学的实验装置整体搬迁回科大,同时将这几年间在欧洲精心培养的一批优秀年轻人才引进到科大,形成了 一支优势互补、创新能力强的团队。这批回国的年轻人中,通过“百人计划”引进的就有8个,他们回国时基本上都是30岁出头,正处在创新能力的高峰期。


  令我感到欣慰的是,我们团队已经发展成为在量子信息科学领域开展全面、系统性实验研究并能持续作出一流贡献的少数几个国际团队之一,为科学院和我国在该 领域占据一席之地尽了绵薄之力。自组建至今,团队成果1次入选英国《自然》杂志评选的年度十大科技亮点、2次入选欧洲物理学会评选的年度国际物理学重大进 展、3次入选美国物理学会评选的年度国际物理学重大事件,7次入选由两院院士评选的年度中国十大科技进展新闻。2012年底,英国《自然》杂志在其评选的 年度十大科技亮点中专门报道我们团队时指出:“在量子通信领域,中国用了不到十年的时间,由一个不起眼的国家发展成为现在的世界劲旅,将领先于欧洲和北 美……”


  在新的历史时期,为了保持和扩大我国在量子信息领域已经取得的领先优势,积极应对激烈的国际竞争,中科院在前期基础上进行了若干重要部署。


  2011年,中科院启动了战略性先导科技专项“量子科学实验卫星”,计划于2016年左右发射。值得一提的是,我的导师Zeilinger教授一直在与 欧洲航天局商讨空间量子通信计划,但由于欧洲决策机制的缓慢而至今未果。正是由于科学院的果断决策和快速部署,我们已经在量子太空竞赛中占据先机。 2011年底,Zeilinger教授与奥地利科学院院长一道访问了科学院,与我方签署了“洲际量子密钥分发”合作协议,将在国际上建立第一个洲际量子通 信网络,通过卫星连接亚洲和欧洲。


  2012年,中科院又前瞻性地启动了另一个战略性先导科技专项“量子系统的相干控制”;2013年, 在国务院和发改委的支持下,中科院联合相关部门启动了千公里光纤量子通信骨干网工程“京沪干线”项目;2014年初,中科院“量子信息与量子科技前沿卓越 研究中心”挂牌成立。


  像“百人计划”这样的人才项目,有一个显著的特点,即鼓励自由探索,资助重点在于培养人才、培育团队,而不是完成 既定的科研任务,在管理上的条条框框较少,因此在功能上是其他科技项目无法替代的。20年来,“百人计划”在引进优秀人才、促进人才成长、造就科技领军人 才方面作出了突出贡献,我们团队的发展就是“百人计划”实施效果的一个鲜明写照。


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