“我還清楚地記得第一次見到教授時，他問我的夢想是什么，我回答說：‘在中國建立一個像你們這樣的世界領(lǐng)先的量子光學(xué)實驗室。’”在回憶性的自傳中，潘建偉寫道。
1996年，潘建偉來到奧地利因斯布魯克大學(xué)跟隨奧地利物理學(xué)家安東攻讀實驗物理博士學(xué)位。
此前，潘建偉在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)完成了物理學(xué)本科教育，并獲得了理論物理碩士學(xué)位。 在那里，潘建偉第一次接觸了量子力學(xué)，了解到微觀世界存在許多奇怪的現(xiàn)象。 然而，隨著研究的深入，潘建偉越來越意識到，量子理論中的各種懸念需要尖端的實驗技術(shù)來驗證。 當(dāng)時中國在這方面還落后于國際先進(jìn)水平。
出國留學(xué)，中國物理生的自然選擇就是去美國。 事實上，很多學(xué)生開玩笑說，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的縮寫“USTC”實際上代表“（美國培訓(xùn)中心）”。
那時，安東已經(jīng)在因斯布魯克大學(xué)建立了自己的量子實驗室，已經(jīng)是量子物理領(lǐng)域的專家了。 他需要有人來驗證他的一些想法。 這時，26歲的潘建偉來了。
“剛來的時候，他對實驗室工作一無所知，但他很快就掌握了實驗規(guī)則，并開始設(shè)計自己的實驗。” 他在接受《自然》雜志采訪時說道。
1997年，剛進(jìn)入實驗室一年的潘建偉和他的同事們完成了最重要的實驗。 他們在世界上首次傳送了光子的偏振態(tài)。
量子隱形傳態(tài)（ ）的概念是由美國科學(xué)家CH于1993年提出的，是一種通過量子態(tài)承載信息的通信方式。 它利用光子等基本粒子的量子糾纏原理，將未知的量子態(tài)傳輸?shù)搅硪粋€粒子。 上。
量子力學(xué)中的“不可克隆定理”指出，未知的量子態(tài)無法先被克隆，復(fù)制的原始量子態(tài)將會被破壞。 我們無法創(chuàng)建量子態(tài)的完美復(fù)制，而只能復(fù)制原始的量子態(tài)。 從一個粒子完全傳送到另一個粒子后，第一個粒子將不再處于原子量子態(tài)。
該團(tuán)隊于1997年通過實驗實現(xiàn)了基本粒子單自由度的傳遞。然而，對于量子隱形傳態(tài)來說，要真正傳遞微觀粒子的狀態(tài)，就需要傳遞微觀粒子的所有屬性。 這是擺在全世界量子信息科學(xué)家面前的難題。 后來我們了解到，潘建偉和他的團(tuán)隊在2015年初首次實現(xiàn)了單光子多自由度量子隱形傳態(tài)，打破了量子隱形傳態(tài)長達(dá)18年的實驗僵局。
1999年，潘建偉獲得奧地利維也納大學(xué)實驗物理博士學(xué)位，隨后在課題組擔(dān)任博士后研究員、高級研究員、聯(lián)合PI。
2000年前后，國際量子計算、量子加密等前沿研究工作引起了中科院和國家自然科學(xué)基金委的關(guān)注。 2001年，年僅30歲的潘建偉回國，開始建立自己的量子物理和量子信息實驗室。
此后十年，潘建偉逐漸實現(xiàn)了剛加入實驗室時的夢想。
中國量子信息夢之隊
如果把潘建偉的球隊比作一支足球隊的話，潘建偉的角色就是主教練和總經(jīng)理。 他不僅負(fù)責(zé)球員訓(xùn)練和比賽戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)，還全方位耳目，負(fù)責(zé)球員引進(jìn)和對外合作。
當(dāng)科學(xué)家在早期組建自己的科研團(tuán)隊時，往往一無所有，團(tuán)隊合作的時間可能會更長。 幸運的是，潘建偉獲得了中科院共計650萬元的科研經(jīng)費，為實驗室的啟動奠定了基礎(chǔ)。
潘建偉首先從親自培養(yǎng)自己的學(xué)生開始。 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)1998級少年班陳玉傲是潘建偉回國后招收的第一位碩士生。 在第29屆國際中學(xué)生物理奧林匹克競賽中獲得實驗第一名和總分第一名。 2003年，陳玉敖在潘建偉的指導(dǎo)下建成了世界上第一個五光子糾纏實驗平臺。 次年，潘建偉團(tuán)隊在國際上首次實現(xiàn)五光子糾纏和開放終端量子隱形傳態(tài)，《自然》雜志發(fā)表了這一成果。 同年，該成果入選歐洲物理學(xué)會和美國物理學(xué)會評選的年度國際物理學(xué)重大進(jìn)展。 這對于中國科學(xué)家來說還是第一次。
不過，打好比賽需要不同位置的球員，實驗室建設(shè)也需要多學(xué)科人才，包括光學(xué)、冷原子物理、電子、真空等。潘建偉知道，向國外頂尖實驗室學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)是最好的方法快速提升實驗室實力。
“根據(jù)每個人的研究特長，潘老師盡可能地將我們分配到全球頂尖的量子研究中心，掌握最新的研究成果。因此，團(tuán)隊中每個人各司其職，各有所長。” 中國科學(xué) 陸朝陽，科技大學(xué)教授、博士。 劍橋大學(xué)物理學(xué)博士在接受媒體采訪時說道。 1982年出生的陸朝陽是潘建偉團(tuán)隊的年輕骨干。 2004年從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)畢業(yè)后，陸朝陽開始在潘建偉的指導(dǎo)下進(jìn)行光子糾纏和量子計算方面的研究。 曾獲中國科學(xué)院青年科學(xué)家國際合作伙伴獎（2014年）、求是杰出青年學(xué)者獎（2014年）。
在潘建偉的推薦下，團(tuán)內(nèi)學(xué)生前往英國、美國、瑞士、奧地利等高水平國際團(tuán)體，接觸不同學(xué)科。 例如，陳玉敖于2004年前往德國海德堡大學(xué)研究冷原子量子控制，陸朝陽則前往德國海德堡大學(xué)研究冷原子量子控制。 2008年赴劍橋大學(xué)卡文迪實驗室研究基于半導(dǎo)體量子點的固態(tài)系統(tǒng)量子控制技術(shù)。 此外，在國外學(xué)習(xí)或工作的張強、陳凱、趙博、鄧友進(jìn)也因各自在單光子探測器、光量子通信、原子系綜、統(tǒng)計物理理論等方面的能力而被潘建偉“選中”。 ，開始合作，后來回國加盟。
2008年，當(dāng)海德堡大學(xué)的實驗設(shè)備被潘建偉搬回科大時，在“百人計劃”和“青年千人計劃”的幫助下，這些不同學(xué)科背景的年輕人也回到了中國。又一個。 當(dāng)他們回到中國時，基本上已經(jīng)30歲了。 早年，他正處于創(chuàng)新能力的頂峰。
這是一支具有世界一流水準(zhǔn)的量子物理實驗團(tuán)隊。 陳玉傲、陳帥擅長冷原子量子模擬，袁振生、包曉輝主攻量子存儲，陳增兵、鄧友金玩弄量子理論，陸朝陽則憑借頂尖的多光子糾纏在該領(lǐng)域保持國際聲譽。和固態(tài)量子光學(xué)技術(shù)。 彭承志帶頭，憑借其在實用誘餌態(tài)量子密鑰分配研究和遠(yuǎn)距離自由空間量子通信研究方面的成果，作為首席科學(xué)家助理和科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)負(fù)責(zé)人，參與了發(fā)射的領(lǐng)導(dǎo)和組織。 2016年量子科學(xué)實驗衛(wèi)星工程發(fā)射升空。
全面回國后，潘建偉團(tuán)隊的研究全面開花、連連得分，幾乎年年都有重大進(jìn)展。 例如，2009年，潘建偉團(tuán)隊將光纖量子通信的安全距離提高到200公里，建立了世界上第一個多節(jié)點全通光量子電話網(wǎng)絡(luò)，使在城市地區(qū)實施量子通信成為可能。 2014年11月，潘建偉及其同事張強、陳騰云與中科院上海微系統(tǒng)研究所、清華大學(xué)的研究人員合作，開發(fā)出高速獨立激光干涉技術(shù)，結(jié)合高效、低功耗的激光干涉技術(shù)。噪聲超聲激光器由中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)研究所自主研發(fā)。 制導(dǎo)納米線單光子探測器將可抵御黑客攻擊的遠(yuǎn)程量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的安全距離延長至200公里，碼率提升3個數(shù)量級，創(chuàng)下新的世界紀(jì)錄。
2015年初，潘建偉和陸朝陽團(tuán)隊在國際上首次成功實現(xiàn)了單光子兩個自由度——自旋（偏振）和軌道角動量（OAM）的同時傳輸。 該研究發(fā)表在2月6日的《自然》雜志封面上。 國際量子光學(xué)專家教授在《自然》雜志同期表示：“這個實驗的實現(xiàn)，朝著理解和論證量子物理學(xué)最深刻、最令人費解的預(yù)測之一邁出了重要一步，可以作為未來量子網(wǎng)絡(luò)的強大工具。” 年底，這一成果被歐洲物理學(xué)會《物理學(xué)世界》評選為2015年國際物理學(xué)領(lǐng)域十大突破，并排名第一。
1月8日上午9點，在人民大會堂召開的國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會上傳來消息，2015年國家最高科學(xué)技術(shù)獎再次空缺。同樣的場景在11年前首次出現(xiàn)。 2004年。
日前，中國首位諾貝爾科學(xué)獎獲得者屠呦呦與另外四位國家最高科技獎獲得者一起被命名為小行星，錯失了獲得中國科技界最高榮譽的機會。
國家最高科學(xué)技術(shù)獎于2000年設(shè)立，每年獲獎?wù)卟怀^兩名。 截至目前，已有25名優(yōu)秀科技工作者獲此殊榮，他們的平均年齡超過80歲。
去年國家自然科學(xué)獎一等獎爭議很大。 大家都在等著看今年的評估過程。 結(jié)果很好。 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的“多光子糾纏與干涉測量”研究獲此殊榮物理學(xué)家潘建偉，實至名歸。
這是一個從1997年開始，從跟隨到追趕的精彩故事。 早在2012年12月，《自然》雜志在報道潘建偉團(tuán)隊時就寫道，“在量子通信領(lǐng)域，中國在不到10年的時間里從一個不起眼的國家發(fā)展成為世界強國，領(lǐng)先于歐洲和北美。” ”
“我一直都知道他（潘建偉）會有一個美好的職業(yè)生涯，但他的成功令人難以置信，我認(rèn)為沒有人預(yù)見到它的到來。我為他感到驕傲。” 三年前，奧地利維也納大學(xué)物理學(xué)家安東在接受《自然》雜志采訪時說道。
”建偉教授和他的合作者在1997年首先開始從事量子態(tài)隱形傳態(tài)，這實際上拉開了量子通信（研究）的序幕。回國后，他帶領(lǐng)團(tuán)隊，不僅從量子通信開始，而且很快也擴(kuò)展到量子計算等方面，所以近十年來國家在量子通信和量子計算方面迅速從跟隨者變成了引領(lǐng)者。建偉和他的團(tuán)隊在這方面做出了巨大的貢獻(xiàn)。” 2015年4月，在未來論壇的演講中，北京大學(xué)物理學(xué)教授謝新成評價潘建偉。
工作自然而然就會到來。 2016年1月8日，中國科學(xué)院院士潘建偉及其團(tuán)隊因“多光子糾纏和干涉測量。”
多光子糾纏干涉測量是基于人類對量子糾纏、非定域性等量子力學(xué)基本問題的深入研究和實驗量子控制技術(shù)的巨大進(jìn)步而發(fā)展起來的一門新興學(xué)科。
根據(jù)量子物理理論，人們可以通過對光子、原子等微觀粒子的精確操控，以革命性的方式編碼、調(diào)制和傳輸信息，這可以在保證通信安全和提高計算速度方面突破經(jīng)典信息技術(shù)。 瓶頸。 因此，對這些微觀粒子糾纏的相干操控是發(fā)展實用量子信息和量子通信的必要技術(shù)準(zhǔn)備。
基于這個想法，潘建偉和他的團(tuán)隊選擇了光子作為研究和操控的對象。 十多年來，他們極大地發(fā)展了多光子糾纏和干涉技術(shù)，并通過操縱光子，率先實現(xiàn)了量子信息處理的關(guān)鍵。 量子隱形傳態(tài)等幾乎所有重要的量子算法，并系統(tǒng)地應(yīng)用于量子通信、量子計算、量子精密測量等多個研究方向，不僅為廣域量子通信奠定了科學(xué)基礎(chǔ)，光量子信息處理基金會還將量子保密通信技術(shù)帶入實際應(yīng)用。
可以說，以潘建偉為代表的一批“領(lǐng)跑者”通過多光子糾纏干涉技術(shù)的發(fā)展，引領(lǐng)和推動了我國量子信息與量子通信研究的熱潮，也奠定了我國的獨特地位在這個領(lǐng)域里。 國際化優(yōu)勢。
量子通信和量子信息在國際和國內(nèi)都是年輕且前沿的學(xué)科。 對于潘建偉來說，距離他作為博士生在導(dǎo)師安東教授的實驗組首次實現(xiàn)光子量子隱形傳態(tài)才過去了十八、十九年。
如今，潘建偉帶領(lǐng)團(tuán)隊牽頭完成了五光子、六光子、八光子糾纏、首個多光子操控量子信息處理關(guān)鍵解決方案、量子信息綜合開發(fā)等一系列項目。用于實用安全量子通信的光量子傳輸方法。 開創(chuàng)性的系統(tǒng)化工作。
他帶領(lǐng)的團(tuán)隊主要研究量子通信、量子計算與模擬、量子精密測量三個方向。 其中，量子通信方面，量子保密通信骨干網(wǎng)工程“京滬干線”和“量子科學(xué)實驗衛(wèi)星”正在研制中； 在量子計算基礎(chǔ)研究方面，多次刷新多光子糾纏制備的世界紀(jì)錄； 在量子導(dǎo)航、生命科學(xué)等方面，推動利用高精度量子測量方法開展研究。
你若綻放，清風(fēng)自來
2012年12月，《自然》雜志在報道潘建偉團(tuán)隊量子通信研究成果的專題新聞文章《量子太空競賽》中指出，“在量子通信領(lǐng)域，中國用了不到10年的時間建立了中國已經(jīng)發(fā)展成為現(xiàn)在的世界強國，并將領(lǐng)先于歐洲和北美。”
正如它所說。 潘建偉課題組的出色工作吸引了眾多國外著名大學(xué)的量子物理研究學(xué)者。 加拿大卡爾加里大學(xué)理論物理學(xué)教授巴里和德國海德堡大學(xué)理論物理學(xué)教授烏勒于2013年通過“千人計劃”受聘于中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)。量子信息與量子技術(shù)前沿協(xié)同創(chuàng)新中心教授。
同時，潘建偉課題組還與國內(nèi)外多家實驗室建立了合作。 國際上有德國海德堡大學(xué)üller組、意大利大學(xué)組、德國馬克斯·普朗克量子光學(xué)研究所Bloch組、英國劍橋大學(xué)Mete組等物理學(xué)家潘建偉，以及國內(nèi)的翟輝組清華大學(xué)學(xué)士。 北京大學(xué)劉雄軍課題組等
“近年來，隨著國家經(jīng)濟(jì)實力的增強，科技研發(fā)投入和人才引進(jìn)的加大，我國在物理和生命科學(xué)領(lǐng)域開始不斷產(chǎn)生一些有意義的科學(xué)成果。我真誠地對上述現(xiàn)象感到高興。” 潘建偉告訴知識分子。
2016年對于潘建偉團(tuán)隊來說無疑是更加特殊的一年。 作為我國首個空間科學(xué)衛(wèi)星計劃“空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)技術(shù)工程”的重要子項目之一，“量子科學(xué)實驗衛(wèi)星（QUESS）”將于今年發(fā)射。
從應(yīng)用角度來看，QUESS將開展星地高速量子密鑰分發(fā)實驗，旨在推動廣域乃至全球量子通信的最終實現(xiàn)； 而從基礎(chǔ)研究的角度來看，它可以在宏觀距離上測試所謂的量子密鑰分布。 量子力學(xué)的非定域性是指量子糾纏定律在新的尺度區(qū)間是否會發(fā)生變化。 “如果發(fā)現(xiàn)與現(xiàn)有物理學(xué)的偏差，新的物理學(xué)就會誕生。至于量子糾纏，在宏觀距離上是否會發(fā)生變化，是否會受到引力的干擾，（通過QUESS）我們可以對一些進(jìn)行一些測試。物理學(xué)的基本問題，如果你做得好，你可能會發(fā)現(xiàn)一些新的物理。”潘建偉解釋道。
20世紀(jì)著名物理學(xué)家約翰曾說過：“量子力學(xué)在過去的百年里給人類帶來了如此多的重要發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，并且有理由相信它將在未來的百年里為我們帶來更多” 。 多么令人興奮的驚喜啊。”
潘建偉前不久在一次論壇上引用了世界物理學(xué)家對量子力學(xué)的期望，這或許也算是他對自己工作的期望。 ■
附：“潘氏小隊”成員
潘建偉院士
陳增兵教授
彭承志研究員
陸朝陽教授
陳玉敖教授
唐有進(jìn)教授
張強教授
陳帥教授
陳凱教授
劉乃樂教授
趙波教授
張軍研究員
包曉輝教授
江曉副研究員
袁振生教授