
2012年对中国科学技术大学潘建伟院士来说又是一个丰收年。
2月12日,世界顶尖学术期刊《自然·光子学》杂志发表潘建伟团队“八光子薛定谔猫态”的研究成果,打破了光子纠缠态制备的世界纪录。
之前的世界纪录也诞生于潘建伟实验室。2007年,潘建伟小组率先突破六光子纠缠,论文发表于《自然·物理学》杂志,是同年发表在该期刊上被引次数最多的两篇论文之一。
2月17日,全球首个城域量子通信试验示范网在安徽合肥建成,潘建伟功不可没。
5月12日,潘建伟应邀撰写的《多光子纠缠和干涉度量学》长篇综述论文在《现代物理评论》发表,成为中国科学家以国内科研机构为第一单位发表的第一篇实验综述论文。
5月20日,《自然·物理学》发表潘建伟及合作者在国际上首次成功实现高效率长寿命量子存储器的研究论文,向可升级长程量子通信及可升级光学量子计算迈出了至关重要的一步。
8月9日,《自然》杂志以“量子隐形传态跨越了百公里鸿沟”的封面标题形式发表潘建伟团队百公里量级自由空间量子隐形传态与纠缠分发的研究成果,坚实地证明了实现基于卫星的全球量子通信网络的可行性。
这一成果被《MIT技术评论》列为2012年最佳物理成果,《自然》杂志更是专门撰写长篇新闻特稿《数据隐形传输:量子太空竞赛》,盛赞中国在量子通信领域用了不到10年的时间,由一个不起眼的国家发展成为世界劲旅。
也是在2012年,潘建伟当选发展中国家科学院院士,获得国际量子通信奖……
透过丰硕的研究成果和沉甸甸的荣誉,人们不难看到一个走在世界量子通信研究领域前列的“科学明星”形象。
在潘建伟的眼中,占领科技领域的制高点,是一个科技人员应该不断追求的目标和使命;而选择量子信息研究则是他实现目标的“秘密武器”。
兴趣使然
出生于1970年的潘建伟在1987年高考时,本来有机会被保送到浙江大学、西安交通大学等高校读经济、管理类等现在看来都很热门的专业,但他却偏偏选择了物理专业,进入了中国科技大学近代物理系,完全是因为心中对物理的浓厚兴趣。
正是这种“迷恋”,使他在学习上一直很积极,正是因为喜欢,他一直保持着热情和耐心,即使遇到挫折也能坦然面对。
牛顿的经典力学将客观世界比作一个庞大的机器,自然界的一切物质就像这部机器的零件,其运动规律和相互作用完全由力学定律来支配,因此整个世界的未来走向和发展趋势也是由力学定律决定的。
听起来有点宿命论的意思,确实在牛顿力学大体系建立的时候一些科学家自杀了,“既然一切都已经注定,人活着还有什么意义?”
而量子力学理论却恰恰与之相反,认为物质的存在和演变存在着不确定性。“以鬼魅般的阵列运行、以实物的形式到达和离开”,揭示了物质存在和演化的波粒二相性。
关于量子力学理论,德国物理学家薛定谔设计出物理学史上最著名的动物:薛定谔的猫。在打开盒子之前,人们无法知道猫是死了还是活着,只有打开箱子的一刹那,猫的死活才确定下来,在此之前,猫既是死的,也是活的。
量子力学理论异于牛顿经典力学理论的特点深深吸引着潘建伟,他曾经这样向媒体描述自己的感受:“从哲学上讲,量子力学是一种积极向上的科学,令人着迷,又催人奋进。个人的奋斗因此存在积极的意义,如果一个人是处在‘成功’和‘失败’的叠加态上,那么个人奋斗会使得他朝着成功几率较大的状态演化。”
1996年潘建伟在中国科技大学获得理论物理硕士学位后,继续追随自己的兴趣和梦想“拜师”奥地利维也纳大学塞林格教授。
在维也纳大学期间,潘建伟就表现出敏锐的科研洞察力和积极的行动力。
当他得知自己构思的一个对量子态进行隐形传输的实验方案恰恰和组里的方案一致并由组里的其他人正在实施时,坚定地和导师表示要加入实验,并获得导师首肯。
第二年,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。该工作后来还被《自然》杂志选为“百年物理学21篇经典论文”之一。
潘建伟作为第二作者主要负责数据的测量和处理,而这一年他刚刚满27岁,对量子力学的痴迷给了他巨大的回报和动力。
为国奉献
科学是没有国界,但科学家是有自己的祖国的。潘建伟曾说:“作为一个爱国科学家,为祖国作贡献是最幸福的事。”
1999年在维也纳大学取得博士学位后,潘建伟就开始准备回国工作,但由于当时国内对量子信息研究还有很大的争议性,甚至有人认为是“伪科学”,他申请的科研经费迟迟未能获得批准。
直到“实验量子隐形传态”的研究工作被《自然》杂志选为“百年物理学21篇经典论文”后,国内对量子信息研究的支持力度才开始加大。
2001年获得项目支持的潘建伟回到中国科技大学工作,组建实验室开始展开研究工作,由于国内的基础薄弱,潘建伟采取与国际上的先进小组保持密切联系的方式,虚心向他们学习,以便更快地前进。
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量子存储的合作研究,学习处于国际领先地位的海德堡大学的冷原子研究。
就这样,潘建伟在不断向同行学习的过程中不断超越对手。到2008年潘建伟团队已经成为国际上首次把安全量子通信距离突破到超过百公里量级的3个团队之一,国际上报道安全的实用化量子通信网络实验研究的两个团队之一,也是国内唯一领衔开展星地量子通信实验研究的科研团队。
如今,潘建伟带领的团队已经有了很大的国际影响力。在他看来,如果能够在技术上实现纠缠光子在穿透整个大气层后仍然存活并保持其纠缠特性,人们就可以在卫星的帮助下实现全球化的量子通信。
潘建伟依然在向这个目标努力。他说,把量子通信技术发展到极致,既对国家和民族有利,又能满足自己的好奇心,是“自己最大的心愿”。■
《科学新闻》 (科学新闻2013年第01期 封面)