前不久，中國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)院潘建偉院士的研究小組，采用光子級(jí)聯(lián)編碼的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于任意噪音都具有高容錯(cuò)率的薛定諤貓態(tài)，朝著實(shí)現(xiàn)大尺度量子網(wǎng)路乃至宏觀糾纏態(tài)邁出了重要一步。
2001年，1970年出生的潘建偉構(gòu)建了中國(guó)第一個(gè)光量子操縱實(shí)驗(yàn)室;2003年，他提出了量子衛(wèi)星計(jì)劃，那時(shí)他才30歲出頭;2011年，41歲的潘建偉成為當(dāng)時(shí)最年青的中科院教授。1997年以來(lái)，他和他的團(tuán)隊(duì)在《自然》及《自然》子刊、《美國(guó)國(guó)家科大學(xué)院刊》、《物理評(píng)論快報(bào)》等國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表學(xué)術(shù)論文90余篇，被引用1萬(wàn)余次。
2003年5月20日，科學(xué)家潘建偉在法國(guó)維也納實(shí)驗(yàn)站演示量子糾纏態(tài)遠(yuǎn)距離分送
量子世界這么令人著迷
潘建偉選擇學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)，完全出于興趣愛(ài)好。1987年中考時(shí)侯，他本有機(jī)會(huì)被保送到福建學(xué)院讀當(dāng)時(shí)的熱門(mén)專業(yè)。“如果接受保送，可能就難以繼續(xù)我的數(shù)學(xué)夢(mèng)了。”那年潘建偉考入中國(guó)科技學(xué)院近代化學(xué)系。
“牛頓熱學(xué)將一切歸結(jié)為機(jī)械運(yùn)動(dòng)，既然一切都已注定，那人活著還有哪些意義呢?量子理論以鬼魅般的陣列運(yùn)行、以實(shí)物的方式抵達(dá)和離開(kāi)，這太神奇了!自此發(fā)覺(jué)一切顯得自然而有意義。”潘建偉說(shuō)，“量子熱學(xué)是一種積極向下的科學(xué)，令人著迷，又催人奮進(jìn)。假如一個(gè)人是處在‘成功’和‘失敗’的‘迭加態(tài)’上，這么個(gè)人拼搏會(huì)促使他朝著成功機(jī)率較大的狀態(tài)演變。”
1996年，在中國(guó)科技學(xué)院獲得理論化學(xué)碩士學(xué)位后潘建偉 量子通訊，潘建偉涉足英國(guó)維也納學(xué)院蔡林格院士門(mén)下攻讀博士學(xué)位。彼時(shí)，導(dǎo)師正組織量子信息實(shí)驗(yàn)研究方面第一個(gè)國(guó)際合作項(xiàng)目。此前，量子信息仍然處在理論研究階段，還沒(méi)有實(shí)驗(yàn)支撐。
而潘建偉腦袋里也正醞釀著一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案。一個(gè)月后，他認(rèn)為方案成熟了，便激動(dòng)地向研究小組里報(bào)告他的構(gòu)想。但是，報(bào)告結(jié)束后全組沒(méi)一個(gè)人說(shuō)話。好半天，蔡林格院長(zhǎng)問(wèn)：“潘，你不曉得這就是量子態(tài)隱型傳輸?shù)睦碚摲桨竼?你不曉得我們另一個(gè)小組正在做這個(gè)實(shí)驗(yàn)嗎?”
潘建偉確實(shí)不曉得，但他覺(jué)得這是上天的庇佑。他堅(jiān)定地對(duì)導(dǎo)師說(shuō)：“我要加入這個(gè)實(shí)驗(yàn)!”
1997年，題為“實(shí)驗(yàn)量子隱型傳態(tài)”的研究論文在《自然》雜志上發(fā)表。該成果被公覺(jué)得量子信息實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域的開(kāi)山之作，被法國(guó)數(shù)學(xué)學(xué)會(huì)和德國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)評(píng)為世界數(shù)學(xué)學(xué)年度重大進(jìn)展，被英國(guó)《科學(xué)》雜志評(píng)為年度全球十大科技進(jìn)展，還被《自然》雜志選為“百年化學(xué)學(xué)21篇精典論文”之一，而作為論文的第二作者潘建偉，這一年剛才27歲。
把他人的看家本領(lǐng)學(xué)到手
2001年，潘建偉回到中國(guó)農(nóng)大工作。當(dāng)時(shí)無(wú)論是研究水平還是人才儲(chǔ)備方面，國(guó)外的基礎(chǔ)都很薄弱。
潘建偉在與他的朋友楊濤院長(zhǎng)一道組織科研隊(duì)伍、開(kāi)展實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的同時(shí)，還繼續(xù)在維也納學(xué)院從事多光子糾纏方面的合作研究。國(guó)外研究組成果出得很快，僅2003年一年，作為第一單位發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》的論文就有7篇。
2004年，潘建偉研究組在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)五光子糾纏和終端開(kāi)放的量子態(tài)隱型傳輸。《自然》雜志發(fā)表了這一成果并贊揚(yáng)說(shuō)，雖然五粒子糾纏的實(shí)現(xiàn)極其困難，而且中國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)院的潘建偉院士和他的朋友們完成了這一創(chuàng)舉。這些新穎的量子態(tài)隱型傳輸是量子糾錯(cuò)和分布式量子信息處理所需要的關(guān)鍵技術(shù)。這一成果同時(shí)榮獲法國(guó)數(shù)學(xué)學(xué)會(huì)和德國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)推選出的年度國(guó)際數(shù)學(xué)學(xué)重大進(jìn)展。這對(duì)中國(guó)科學(xué)家來(lái)說(shuō)是第一次。
“很自豪!這表明國(guó)外研究組在量子糾纏方面的工作早已成功躋身國(guó)際領(lǐng)先水平。”潘建偉說(shuō)，“我可以離開(kāi)維也納了。”
隨后，潘建偉以瑪麗·居里講席院士的身分到美國(guó)海德堡學(xué)院從事量子儲(chǔ)存的合作研究。潘建偉說(shuō)：“海德堡學(xué)院的冷原子研究處于國(guó)際領(lǐng)先地位，我們必須把他人的看家本領(lǐng)學(xué)到手。”
幾年出來(lái)，潘建偉團(tuán)隊(duì)在冷原子量子儲(chǔ)存方面產(chǎn)生了豐富的人才和技術(shù)積累，取得了一系列國(guó)際領(lǐng)先的研究成果。2008年，《自然》雜志發(fā)表了潘建偉和他的朋友完成的題為“量子中繼器實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)”的研究成果。《自然》雜志盛贊該工作“掃除了量子通訊中的一大試金石”。
2013年10月30日，何梁何利基金在上海舉辦2013年度頒獎(jiǎng)儀式，潘建偉（左）摘得本年度何梁何利最高獎(jiǎng)—“科學(xué)與技術(shù)成就獎(jiǎng)”
塑造國(guó)際一流科研團(tuán)隊(duì)
歸國(guó)后，潘建偉旨在于將不同事科背景的年青人送出國(guó)門(mén)，到法國(guó)、英國(guó)、美國(guó)、瑞士、奧地利等量子信息研究的優(yōu)秀國(guó)際小組加以鍛練。那些被“放飛”國(guó)外多年的年青人，就像風(fēng)箏收線通常，盡數(shù)歸國(guó)，使中國(guó)科技學(xué)院團(tuán)隊(duì)得到了空前的壯大。
“我們?cè)缫咽且粋€(gè)有國(guó)際影響力的團(tuán)隊(duì)，她們?cè)谶@兒大有用武之地。”潘建偉領(lǐng)導(dǎo)的中國(guó)農(nóng)大南京微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室量子化學(xué)與量子信息研究部堪稱人才濟(jì)濟(jì)，光是“青年萬(wàn)人計(jì)劃”教授、“百人計(jì)劃”教授就有十來(lái)個(gè)。
潘建偉率領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)取得了多個(gè)令人艷羨的“第一”：實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了16公里自由空間量子態(tài)隱型傳輸，創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)量子態(tài)隱型傳輸距離的世界紀(jì)錄，證明了基于自由空間進(jìn)行遠(yuǎn)距離量子通訊的可行性;在國(guó)際上首次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了八光子薛定諤貓態(tài)，刷新了由潘建偉團(tuán)隊(duì)保持的多光子糾纏態(tài)制備的世界紀(jì)錄;借助八光子糾纏態(tài)，在國(guó)際上首次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了拓?fù)淞孔蛹m錯(cuò)，是量子信息領(lǐng)域以中國(guó)為第一單位發(fā)表在《自然》雜志上的首篇長(zhǎng)文，被審稿人稱為“一個(gè)堅(jiān)苦卓著的英雄主義的量子光學(xué)實(shí)驗(yàn)”;在國(guó)際上首次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了百公里量級(jí)的自由空間量子隱型傳態(tài)和糾纏分發(fā)，通過(guò)地基實(shí)驗(yàn)證明了實(shí)現(xiàn)基于量子衛(wèi)星的全球量子通訊網(wǎng)路和舉辦大尺度基本數(shù)學(xué)問(wèn)題實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的可行性，《自然》審稿人稱為“另一個(gè)英雄的實(shí)驗(yàn)工作”。“在光量子糾纏操縱和量子通訊方面，我們走到了領(lǐng)跑的位置。”潘建偉說(shuō)。
2012年8月，潘建偉被國(guó)際量子通訊、測(cè)量與估算學(xué)會(huì)授予2012年度國(guó)際量子通訊獎(jiǎng)，嘉獎(jiǎng)其“在量子通訊和多光子糾纏操縱方面的先驅(qū)性貢獻(xiàn)”。他是獲得這一榮譽(yù)的首位華人數(shù)學(xué)學(xué)家。
讓量子世界惠及人間
量子通訊技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究關(guān)乎國(guó)家信息安全戰(zhàn)略。2009年4月，潘建偉團(tuán)隊(duì)在西安市構(gòu)建了世界上首個(gè)多節(jié)點(diǎn)的全通型光量子電話網(wǎng)，并在60華誕春節(jié)閱兵期間為天安門(mén)城樓、中南海等關(guān)鍵地點(diǎn)之間建立了“量子通訊熱線”，用于重要信息傳送保障。
2012年，潘建偉團(tuán)隊(duì)完成了包括幾十個(gè)節(jié)點(diǎn)的成都市區(qū)量子通訊網(wǎng)路示范工程，規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)際上已有的量子通訊網(wǎng)路，并在西安市得以應(yīng)用，標(biāo)志著大容量的量子通訊網(wǎng)路技術(shù)早已取得關(guān)鍵性突破。同年，該團(tuán)隊(duì)與新華社合作建設(shè)的“金融信息量子通訊驗(yàn)證網(wǎng)”開(kāi)通，在世界上首次實(shí)現(xiàn)了借助量子通訊網(wǎng)路對(duì)金融信息的安全傳輸。同年11月潘建偉 量子通訊，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“基于量子通訊的宜春全通訊保障系統(tǒng)”投入運(yùn)行，為“十八大”等國(guó)家重要政治活動(dòng)提供信息安全保障。
2013年，潘建偉團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了“測(cè)量元件無(wú)關(guān)的”量子通訊，因而解決了單光子偵測(cè)系統(tǒng)易被黑客功擊的安全隱患，大大提升了現(xiàn)實(shí)量子秘鑰分發(fā)系統(tǒng)的安全性。該成果被日本數(shù)學(xué)學(xué)會(huì)《物理》雜志評(píng)出為年度國(guó)際數(shù)學(xué)學(xué)重大進(jìn)展。
在國(guó)家發(fā)改委的支持下，中科院聯(lián)合相關(guān)部門(mén)啟動(dòng)了千公里光纖量子通訊骨干網(wǎng)工程“京滬干線”項(xiàng)目，潘建偉出任該項(xiàng)目首席科學(xué)家。2016年前后，將建成聯(lián)接天津、上海的高可信、可擴(kuò)充、軍民融合的廣域光纖量子通訊網(wǎng)路。
“量子保密通訊在城域網(wǎng)上的使用早已基本成熟，快則兩兩年，慢則三六年，就可以推廣。”潘建偉團(tuán)隊(duì)牽頭組織了“量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星”中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)，預(yù)計(jì)在2015年到2016年間發(fā)射衛(wèi)星。《自然》雜志新聞特稿中這樣寫(xiě)道，中國(guó)將領(lǐng)先亞洲和北美，發(fā)射一顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星。這將為化學(xué)學(xué)家提供一個(gè)測(cè)試量子理論基礎(chǔ)以及探求怎樣融合量子理論與愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的全新平臺(tái)。