潘建偉：量子人生
來源：九三學(xué)社中央宣傳部????時間：2014-12-07
“九三楷模”潘建偉用實驗證實了被愛因斯坦稱為“遙遠(yuǎn)地點間幽靈般相互作用”的量子糾纏，解開了微觀粒子蘊(yùn)含的詭秘和矛盾，把它們送進(jìn)我們的生活。他和其他量子物理學(xué)家一起，為人類一點點開啟了量子世界之窗。凝聚在愛國民主科學(xué)的旗幟下，他更覺驕傲和自豪。
【潘建偉，1970年3月生于浙江省東陽市，1992年畢業(yè)于中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)近代物理系， 1999年獲奧地利維也納大學(xué)實驗物理博士學(xué)位。現(xiàn)任中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授，中科院量子科學(xué)實驗衛(wèi)星先導(dǎo)專項首席科學(xué)家，教育部量子信息與量子科技前沿協(xié)同創(chuàng)新中心主任，中科院量子信息與量子科技前沿卓越創(chuàng)新中心主任。2011年當(dāng)選中國科學(xué)院院士。2012年當(dāng)選發(fā)展中國家科學(xué)院院士。２０１４年１１月，作為項目首席科學(xué)家，４４歲的他宣布“京滬干線”量子保密通信工程和“量子科學(xué)實驗衛(wèi)星”工程進(jìn)展順利，中國將在２０３０年率先建成全球化量子通信衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)?！?/p>
剛進(jìn)中國科大的潘建偉被一本書吸引住了，商務(wù)印書館出版，暗綠色的橫豎條紋封面，像是一道道光柵。這本書就是《愛因斯坦文集》。
“在我們身外有一個巨大的世界，他離開我們?nèi)祟惗毩⒋嬖?，他在我們面前是一個永恒的謎。對這個世界的凝視深思，就像得到解放一樣吸引著我們。通向這個天堂的道路，并不像通向宗教天堂那樣舒坦和誘人，但是他已經(jīng)證明是可以信賴的，我從來沒有因為選擇了這條道路而后悔過。”——愛因斯坦如是說。
其實，最早發(fā)現(xiàn)潘建偉適合學(xué)物理的是他的中學(xué)老師韋國清。當(dāng)時，潘建偉正在數(shù)學(xué)專業(yè)和物理專業(yè)之間猶疑。老師說，數(shù)學(xué)完全靠自由思想的創(chuàng)造，在很大程度像智力游戲。而你是一個感受鮮活，對事物敏感，善于發(fā)現(xiàn)規(guī)律的孩子，還是更適合學(xué)物理。
感謝潘建偉的老師，為我們留住了一位卓越的物理學(xué)家。
為人類開啟量子世界之窗
“量子力學(xué) 所預(yù)言的種種奇特現(xiàn)象，以及量子力學(xué)誕生100余年來對人類物質(zhì)文明進(jìn)步所帶來的巨大變革，使我對量子物理產(chǎn)生了濃厚興趣，于是探究量子世界的各種奇妙現(xiàn)象便成了我終生的奮斗目標(biāo)。”
潘建偉現(xiàn)在還記得第一次讀到愛因斯坦自序時的感受，那是一種天籟之音。潘建偉在家鄉(xiāng)小山上凝視天穹時那些隱隱約約的冥想，愛因斯坦清清楚楚地說了出來。自然界的規(guī)律不會因為一個人是否高貴是否地位顯赫而變化，而是由自然界本身決定的。自然界的規(guī)律是永恒的，昨天是這樣的，今天是這樣的，明天也是這樣?？粗粗?，潘建偉產(chǎn)生了一種巨大的安全感，這種安全感來自對規(guī)律統(tǒng)治世界的由衷折服。在潘建偉心中，對世界的探究成為保持精神自由的工具，成為擺脫精神桎梏的飛行器。
1970年3月出生在浙江東陽的潘建偉，從小卻是個愛玩的孩子。父母從小就很重視能力培養(yǎng)，從不限制他做什么，他可以做自己感興趣的事。
潘建偉至今感謝父母把家搬到了縣城，因為到了初中，才發(fā)現(xiàn)在農(nóng)村小學(xué)語文基礎(chǔ)很差，英語根本就沒有學(xué)過，初中后才第一次寫作文，結(jié)果班主任老師只給了40分，當(dāng)時他是班長，覺得很羞愧。但他有一種不怕輸?shù)木?，為了把英語學(xué)好，把同學(xué)約到家里來學(xué)，向老師請教，進(jìn)步非常快。語文、英語就在那時打下了基礎(chǔ)。
１９８７年，１７歲的潘建偉考入中科大近代物理系。從第一次接觸到量子力學(xué)，他就迷上了這門科學(xué)。
潘建偉是愛因斯坦的崇拜者，他喜歡閱讀《愛因斯坦文集》。“愛因斯坦的散文是最深刻、最美的，讓我堅定了研究物理的決心。讓我感覺從簡單的事實后面可以找到一個規(guī)律，現(xiàn)在、將來不會變。”
在科大理論物理專業(yè)讀研時，潘建偉的導(dǎo)師對他說，既然很多量子理論馬上突破很困難，那就不妨先做實驗。老師的話，如同峭壁上一個腳掌大小的凸起，讓潘建偉有了攀登的支點。從那以后，實驗成為潘建偉生命中的一部分。
當(dāng)時國內(nèi)在量子領(lǐng)域與國際先進(jìn)水平相比還比較落后。潘建偉在碩士畢業(yè)后選擇出國留學(xué)，“理由很簡單，出國就是為了回來，利用所學(xué)為國服務(wù)。”
在準(zhǔn)備攻讀博士學(xué)位的時候，潘建偉得到老師鼎力支持，為他推薦了幾個在量子物理實驗研究領(lǐng)域領(lǐng)先的大學(xué)，還有數(shù)位導(dǎo)師。潘建偉選擇了在奧地利維也納大學(xué)的塞林格教授門下攻讀博士學(xué)位。他的理由是“我當(dāng)時發(fā)現(xiàn)塞林格教授在學(xué)術(shù)上非常活躍”。事實證明，潘建偉對導(dǎo)師的選擇是他事業(yè)中最成功的一次選擇。很多人都有躍起摘下蘋果的能力，關(guān)鍵是你是否站在有蘋果的樹枝下。塞林格把潘建偉引到了一個有很多蘋果的樹枝下。
終于有一天，他有了自己的量子隱形傳輸?shù)膶嶒炘O(shè)想，隨后，被探究精神燃燒著的潘建偉向?qū)熖岢黾尤氲搅孔与[形傳輸?shù)膶嶒灲M中，導(dǎo)師考慮再三接受了他的請求。這一請一允，悄然改變了潘建偉的命運(yùn)。
1999年，潘建偉作為第二作者的量子態(tài)隱形傳輸實驗取得“量子信息實驗領(lǐng)域的突破性進(jìn)展”，這個實驗被公認(rèn)為量子信息實驗領(lǐng)域的開山之作，歐洲物理學(xué)會將其評為世界物理學(xué)的年度十大進(jìn)展，美國《科學(xué)》雜志將其列為年度全球十大科技進(jìn)展。1999年該工作同倫琴發(fā)現(xiàn)Ｘ射線、愛因斯坦建立相對論等影響世界的重大研究成果一起，被《自然》雜志選為“百年物理學(xué)21篇經(jīng)典論文”。那一年，潘建偉29歲?！?/p>
量子糾纏，被愛因斯坦稱為“遙遠(yuǎn)地點間幽靈般的相互作用”，現(xiàn)在科學(xué)家用真實的實驗證實了愛因斯坦的想象。為了認(rèn)識和促進(jìn)光子之間糾纏狀態(tài)，潘建偉同國內(nèi)及德國、奧地利專家合作，對這一世界性難題研究了近10年。
科學(xué)家對量子糾纏概念做了如下的描述：量子糾纏是光子間的神秘聯(lián)系，奇妙在其中的一個光子經(jīng)過測量就可以了解另外一個光子的狀態(tài)；光子糾纏是一個整體，兩個光子作為一個整體來看時如果試圖竊聽或偷走其中一個光子的信息，你將任何信息都得不到。這是另外一個特性，這就是其保密安全性所在。
但由于在量子通信通道中存在種種不可避免的環(huán)境噪聲，“量子糾纏態(tài)”的品質(zhì)會隨著傳送距離的增加而逐漸降低，導(dǎo)致量子通信手段目前只能停留在短距離應(yīng)用上。
2005年，當(dāng)潘建偉與楊濤、彭承志等同事們發(fā)表了題為“13公里自由空間糾纏光子分發(fā)：朝向基于人造衛(wèi)星的全球化量子通信”的研究論文后，13公里———這個目前國際上自由空間糾纏光子分發(fā)的最遠(yuǎn)距離，其糾纏的特性仍然能夠保持的實驗結(jié)果，讓人們開始思考實現(xiàn)全球化的量子通信的可能性。
更值得關(guān)注的是隨后10年。2003年，潘建偉所在的實驗室實現(xiàn)了自由傳播光子的隱形傳態(tài)，使得量子隱形傳態(tài)能應(yīng)用在更加廣泛的量子通信和量子計算中；2004年，在首次實現(xiàn)五光子糾纏的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了一種更新穎的量子隱形傳態(tài)，即終端開放的量子隱形傳態(tài)，為奠定分布式量子信息處理的基礎(chǔ)作出了貢獻(xiàn)；2006年，首次實現(xiàn)了兩光子復(fù)合系統(tǒng)量子隱形傳態(tài)；2008年，首次實現(xiàn)了光子比特與原子比特間的量子隱形傳態(tài)。潘建偉和其他量子物理學(xué)家一起，為人類一點點開啟量子世界之窗。
也許人們會問，這些匪夷所思的科研成果有什么用途？150年前，當(dāng)麥克斯韋發(fā)現(xiàn)電磁波的時候，人們也在問同樣的問題。事實上，電磁波的發(fā)現(xiàn)才讓電視，無線電，雷達(dá)和手機(jī)成為可能。對量子態(tài)隱形傳輸和糾纏交換的研究成果同樣描摹的是人類的未來世界。量子態(tài)隱形傳輸和糾纏交換的研究是為將來新一代量子通信打基礎(chǔ)。而未來的量子通信，在原理上完全保密，不能被竊聽，在國防上會有非常重要的應(yīng)用。此外，通過對糾纏態(tài)的研究，可以為將來高速度量子計算機(jī)打下基礎(chǔ)。
潘建偉，就這樣操縱著單個粒子，解開微觀粒子蘊(yùn)含的詭秘和矛盾，把它們送進(jìn)我們的生活。
讓國內(nèi)量子研究達(dá)一流水平
2009年初，在完成了冷原子方面的技術(shù)和人才積累后，潘建偉把在海德堡大學(xué)的實驗室整體搬回到中國科大，還以中科院“百人計劃”等方式，將一批優(yōu)秀青年學(xué)術(shù)骨干從歐洲引進(jìn)中國科大。“搬家的清單足足列了120頁，大到激光器，小到12毫米鏡片，全部搬回來了。”
2001年，潘建偉作為“中科院引進(jìn)國外杰出人才”，同時獲得中科院基礎(chǔ)局和人教局支持，開始在科大組建實驗室，這個實驗室以一批年輕教師和學(xué)生為班底，研究工作幾乎從零開始。2004年，實驗室進(jìn)入中國科大合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實驗室，成為量子物理與量子信息研究部。此后，在中科院、基金委、科技部的大力支持下，研究部得到快速發(fā)展。
潘建偉說：“科大的量子物理實驗室從組建伊始就是開放式的。”多年的國外頂尖實驗室經(jīng)驗，讓他知道，以自己獨到的地方與國外實驗室形成知識和人才的互換互補(bǔ)，是提升實驗室實力的最好辦法。實驗室科學(xué)需要學(xué)科非常龐雜，光學(xué)、電子學(xué)、真空等諸多門類缺一不可。在世界頂級實驗室中，如美國斯坦福大學(xué)的Yoshihisa Yamamoto實驗室、瑞士維也納大學(xué)的Nicolas Gisin實驗室、英國劍橋大學(xué)卡文迪許實驗室的Mete Atatüre實驗室、德國馬普量子光學(xué)研究所的Immanuel Bloch實驗室、奧地利因斯布魯克大學(xué)的Peter Zoller實驗室等，都有潘建偉派出的訪問學(xué)者，他們在合作中學(xué)到自己實驗室長遠(yuǎn)發(fā)展所需的知識。可以說，10年來，潘建偉的實驗室已經(jīng)在人才和技術(shù)方面具備了較雄厚的積累，這種積累在成果產(chǎn)出上得到充分體現(xiàn)。2010－2011年度，他們就在Nature和Nature子刊上發(fā)表了6篇國際領(lǐng)先水平的重要論文。
英國著名的科學(xué)新聞雜志《新科學(xué)家》以封面標(biāo)題的形式，對潘建偉科大團(tuán)隊進(jìn)行這樣的評價：“中國科大——因而也是整個中國——已經(jīng)牢牢地在量子計算的世界地圖上占據(jù)了一席之地。”
潘建偉團(tuán)隊的科研人員在和時間“賽跑”。每周工作７天、每天超過１２個小時對于他們來說，是家常便飯。
他們的艱辛攻關(guān)得到了“回報”。團(tuán)隊成果１次入選英國《自然》雜志評選的年度十大科技亮點、３次入選美國物理學(xué)會評選的年度國際物理學(xué)重大事件，７次入選由兩院院士評選的年度中國十大科技進(jìn)展新聞。
２０１２年底，英國《自然》雜志在其評選的年度十大科技亮點中指出：“在量子通信領(lǐng)域，中國用了不到十年的時間，由一個不起眼的國家發(fā)展成為現(xiàn)在的世界勁旅，將領(lǐng)先于歐洲和北美……”
２０１３年，中科院聯(lián)合相關(guān)部門啟動了千公里光纖量子通信骨干網(wǎng)工程“京滬干線”項目，建設(shè)連接北京、上海的高可信、可擴(kuò)展、軍民融合的廣域光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)。２０１６年即可以實現(xiàn)京滬廣域量子保密通信。潘建偉是該項目首席科學(xué)家。
此外，潘建偉團(tuán)隊實施中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項“量子科學(xué)實驗衛(wèi)星”，將實現(xiàn)高速星地量子通信并連接地面的城域量子通信網(wǎng)絡(luò)，初步構(gòu)建中國的廣域量子通信體系。
展望漫漫量子研究之路，潘建偉預(yù)測，衛(wèi)星項目到２０２０年將實現(xiàn)亞洲與歐洲的洲際量子密鑰分發(fā)，到２０３０年左右，中國將率先建成全球化廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)。
實現(xiàn)美好的中國夢
潘建偉至今清晰地記得，第一次見到塞林格教授時，他問潘建偉的第一個問題是：你的夢想是什么？潘建偉的回答是：在中國建一個世界一流的量子物理實驗室。此后，潘建偉一直為實現(xiàn)這個夢想而不斷地努力著。
“如果說當(dāng)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(xué)’。那么我們現(xiàn)在證明了，中國人在國內(nèi)也可以做很好的‘科學(xué)’。”把智慧與才華貢獻(xiàn)給祖國，潘建偉引以為自豪。
2005年，潘建偉實現(xiàn)自己的夙愿，光榮地成為九三學(xué)社大家庭中的一員。9年來，他與眾多優(yōu)秀知識分子代表一起見證了九三學(xué)社在新時期建功立業(yè)、參政議政、建言獻(xiàn)策的發(fā)展歷程，深刻地體會到知識分子對國家發(fā)展的重要作用和責(zé)任。
九三學(xué)社無數(shù)先賢的崇高風(fēng)范給潘建偉留下深刻印象。他特別記得上學(xué)期間看到的嚴(yán)濟(jì)慈先師家書的一個情景：信中不斷出現(xiàn)的是某某老師寄來大洋若干。當(dāng)時正是這些老師的資助，才使嚴(yán)濟(jì)慈得以完成留學(xué)學(xué)業(yè)。嚴(yán)老回國后準(zhǔn)備償還老師們的資助，老師們說，人回來了就好，錢不必還。這些先賢們傳達(dá)的正是一種中國的君子之風(fēng)。
君子之風(fēng)是科學(xué)的土壤，只有摒棄浮華才可領(lǐng)略到科學(xué)之美。他在因斯布魯克的大峽谷露營時遇到一位80老嫗，她問潘建偉的職業(yè)。潘建偉說，研究量子物理和量子隱形傳態(tài)。“哦，我知道那個工作，還找到了Nature雜志上的那篇文章。但是我看不懂。不過我盡力了！” 還有一次，潘建偉在海德堡大學(xué)的時候，因為鼻腔手術(shù)而住院。一個護(hù)士過來問：“你是不是研究量子物理的潘？你能給我講講什么是量子物理嗎？”鼻子里插著管子的潘建偉很感動，但說不了話。出院后，潘建偉給護(hù)士寄去了一份相關(guān)的科普材料。
凝聚在愛國民主科學(xué)的旗幟下，潘建偉更覺得驕傲：“能夠在自己感興趣的領(lǐng)域做出一點成績，并為祖國的科技進(jìn)步盡一份力，是作為一個科研工作者最為幸福的感受，這與九三學(xué)社的優(yōu)良傳統(tǒng)高度契合。”
在一個安靜的環(huán)境里，蕩滌浮躁，人們充滿對科學(xué)的尊敬，思想沒有桎梏，以鮮活的教育方式倡導(dǎo)文化精神，這是潘建偉的心靈家園。（戴紅/文）
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