潘建伟院士：科技创新要“心”大

    中国科学技术大学副校长潘建伟院士有一个宏伟的规划：用量子信息技术“颠覆”传统的通信和计算方式。

    明年年底，他领衔的团队将建成连接北京、上海的高可信、可扩展、军民融合的广域光纤量子通信网络——千公里光纤量子通信骨干网工程“京沪干线”，以推动量子通信技术在国防、政务、金融等领域的应用。同时，其团队牵头组织的“量子科学实验卫星”项目，明年也将发射，以期实现全球化的量子保密通信。

    除了量子通信，潘建伟及其团队的研究领域还包括量子计算、量子模拟和量子精密测量等。利用量子系统的并行计算优势，可以为求解线性方程组、机器学习等信息时代的核心任务带来指数量级的加速，将能远远超越现有经典计算机的运算速度。

    量子计算的目标已经白纸黑字地写在了实验室展板上——在处理波色取样等特定问题上，5年内达到商用CPU的计算能力，10年内超越“天河二号”超级计算机的计算能力。

    向着“大”梦想出发

    在中国科大念本科时，潘建伟第一次接触到了量子力学，量子理论中蕴含的种种神秘观念令他着迷，本科毕业前，他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，潘建伟继续在中国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，潘建伟越发认识到，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。这令他困惑了很久。最终，英语不太好的他还是不得不在硕士毕业后出国留学。

    1996年，潘建伟来到奥地利因斯布鲁克大学，第一次见面，导师塞林格问他：“你的梦想是什么？”他回答：“我要在中国建一个和您的实验室一样的世界领先的量子光学实验室。”

    当时，塞林格教授正在组织量子信息实验研究的一个国际合作项目，而潘建伟并不知情。此时，他的脑子里正在酝酿着一个实验设想。一个月后，他兴奋地向实验组报告了他的实验方案。等汇报结束后，塞林格的实验小组没有一个人说话，过了很久，塞林格问：“潘，你不知道我们另一个小组正在做这个实验吗？”

    这时的潘建伟，丝毫没有沮丧，他坚定地表示：“我要加入这个实验！”

    从“穷光蛋”到“小富翁”

    1997年，他们的成果——一篇题为《实验量子隐形传态》的研究论文在《自然》杂志上发表，该成果被公认为量子信息实验领域的开山之作，同时被欧洲物理学会和美国物理学会评为世界物理学年度重大进展，被美国《科学》杂志评为年度全球十大科技进展。该论文后来还被《自然》杂志选为“百年物理学21篇经典论文”之一。这个工作使潘建伟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。

    潘建伟在奥地利攻读学位的时候，正是量子信息这门新兴科学开始蓬勃发展的时期，国际科技界已经能够预见其发展有可能会对未来信息技术和人类社会生活产生革命性影响。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，潘建伟每年都利用假期回到中国科大讲学，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，在信息技术领域抓住这次赶超发达国家并掌握主动权的机会。

    中国科学院和母校中国科大及时给了他“输血式”的支持。2001年，潘建伟得到中科院650万元的资金支持，加上国家自然科学基金委的40万元，共690万元的经费，“从穷光蛋变成了小富翁”。在其导师张永德教授和近代物理系同仁的支持下，同年，潘建伟开始在中国科大着手组建实验室。

    从跟随到领跑

    有了这些钱，潘建伟开始着手建立实验室。但当时国内的研究水平和人才储备都很薄弱，如何实现实验室的从无到有，还需要继续学习。潘建伟再次回到欧洲，跟随已经转到维也纳大学的塞林格教授，继续从事多光子纠缠方面的合作研究。“我们必须与国际先进小组保持密切联系，向他们学习，才能更快地前进”。

    这段时间，潘建伟像“候鸟”一样国内国外两头跑，一边在国外学习经验，一边指导国内的研究生建立实验室。他经常半夜睡不着觉，突然想起一个实验细节，然后给国内的研究生们打电话。

    实验室成立后的2003年，潘建伟的国内研究组作为第一单位在物理学权威期刊《物理评论快报》上发表论文达7篇。而当时国内的普遍情况是，顶尖高校在该杂志一年也发不了几篇论文。2004年，他们在国际上首次实现了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。

    此后，潘建伟以玛丽·居里讲席教授的身份到德国海德堡大学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、选派学生到国际先进小组学习等方式培养这方面的研究力量，“为实验室的未来做布局”。

    2008年，潘建伟带领在德国的团队整体回归中国科大，而其他分布在海外各地的年轻人也陆续回国，以陈宇翱、陆朝阳、张强、赵博等为代表的一批优秀青年学者组成了一支强大的研究团队。

    从2004年至今，潘建伟和他的团队成员在基于光与冷原子的量子信息处理这一研究方向上开展了系统性的研究工作，在量子通信、量子计算、量子模拟和量子精密测量等量子信息实验研究上取得了一系列国际领先的原创性基础研究成果和技术积累，同时在量子通信技术的应用基础研究和应用研究方面走在了国际前列——首次在国际上实现五光子纠缠和终端开放的量子态隐形传输；首次实现具有存储和读出功能的纠缠交换，完美地实现了长程量子通信中亟须的“量子中继器”；首次实验实现了八光子薛定谔猫态……

    英国《自然》杂志在报道潘建伟团队量子通信研究成果的新闻特稿《量子太空竞赛》中指出：“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。”