——记国家自然科学一等奖“多光子纠缠及干涉度量”项目团队

■ 本报记者 桂运安 本报通讯员 刘爱华

1月8日，2015年度国家科学技术奖励大会在北京举行，中国科学技术大学潘建伟、彭承志、陈宇翱、陆朝阳、陈增兵为主要完成人的 “多光子纠缠及干涉度量”项目，夺得代表我国自然科学领域最高奖项的国家自然科学奖一等奖。

一个月前，英国物理学会新闻网站“物理世界”评出2015年度国际物理学十大突破，潘建伟、陆朝阳等完成的“多自由度量子隐形传态”研究成果位列榜首，这也是在中国本土完成的工作第一次获此荣誉。

伟大梦想：实现量子应用

　什么是“多光子纠缠及干涉度量”？潘建伟介绍，简单地说，就是根据量子物理原理提供的一种全新方式对信息进行编码、存储、传输和逻辑操作，并对光子、原子等微观粒子进行精确操纵，以确保通信安全和提升计算速度等方面可以突破经典信息技术的瓶颈。

“实现对多粒子纠缠的相干操纵，是量子信息技术的关键科学任务，也是量子信息处理的核心物理资源。”潘建伟说，正如2012年诺贝尔物理学奖获得者大卫·维因兰德所指出的，“纠缠粒子数越多，量子力学非定域性越强烈，对量子信息处理也越有用”。

2004年，潘建伟团队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，这一成果被《自然》杂志发表，并同时入选英国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，这是中国科学家及科研成果首次入选。此后，潘建伟团队分别于2007年制备出六光子纠缠、2012年制备出八光子纠缠，并一直保持着纠缠光子数目的世界纪录。

团队于2007年在国际上首次实现安全通信距离超过100公里的光纤量子密钥分发；2008年实现国际上首个全通型量子通信网络；2012年建成首个规模化量子通信网络，并在国际上首次实现百公里自由空间量子隐形传态和纠缠分发。

“这次获奖，是对我们多年来深耕量子领域的肯定。当然这还远远不够，未来还有更难啃的‘硬骨头’，要实现有实用价值的量子模拟机和量子计算机的基本功能，起码要实现几十到上百个量子比特的纠缠。”潘建伟说。

　潘建伟团队重要成员之一、国家杰出青年基金获得者陆朝阳教授，则给自己定了一个时间表:“争取在五年之内，实现20～30个光子的纠缠。 ”

新的起点：发射卫星建成“干线”

在量子物理学诞生一百多年里，人类对它的研究长盛不衰。现代文明从电脑到激光，从核能到生物技术，没有哪个领域不依赖量子理论。量子理论到底是什么？它能给生活带来哪些改变？

量子，是指微观世界里不可分割的基本个体，比如光就是由大量光量子组成。量子有着诸如未知量子态不可复制、量子非定域性等不同于宏观物理世界的奇妙特性，若能掌握这些特性，则有望实现对信息处理能力革命性的突破。例如量子具有叠加性，如果能制造出100个粒子相干操纵的量子计算机，在某些问题方面的处理能力将会比目前最快的超级计算机 “天河二号”还快百亿亿倍。

《西游记》里，孙悟空一个“筋斗云”就能越过十万八千里。利用量子纠缠发展出的量子隐形传态，可以将物质的未知量子态精确传送到遥远地点，就像孙悟空的“筋斗云”一样，可以实现从A地到B地的瞬间传输。

潘建伟团队已经在实验上证明了这种可能性：2004年，利用五光子纠缠，团队首次实现终端开放、多接收用户的量子隐形传态；2006年，利用六光子纠缠，首次实现两粒子复合系统的量子隐形传态；2015年，更是首次实现了多个自由度的量子隐形传态。

“如果我们带着一个保险箱去北京开会，而保险箱的钥匙落在合肥，在合肥的同事可以通过量子隐形传态将钥匙的每一个特征都精确传送到北京。而在此过程中，他并不掌握这把钥匙的任何信息。这在经典世界中是不可想象的。 ”潘建伟说。

潘建伟团队有着明确的科研路线图：通过量子通信研究，从初步实现局域量子通信网络，到实现多横多纵的全球量子通信网络，以保证信息传输的绝对安全；通过量子计算研究，为大规模计算难题提供解决方案，实现大数据时代信息的有效挖掘；通过量子精密测量研究，实现新一代定位导航……

他透露，团队牵头承担的中科院战略性先导科技专项 “量子科学实验卫星”，将于今年发射，届时可以实现高速星地量子通信并连接地面的城域量子通信网络，初步构建我国广域量子通信体系。同时，团队牵头承担的千公里光纤量子通信骨干网工程“京沪干线”项目正在稳步建设，将于今年年底前后建成连接北京、上海的高可信、可扩展、军民融合的广域光纤量子通信网络，将推动量子通信技术在国防、政务、金融等领域的应用。

团队作战：崛起世界劲旅

“科研需要长远规划和群体作战，不能单打独斗。 ”潘建伟从2001年就开始人才布局。从中科大起步，人才布局分别辐射奥地利因斯布鲁克大学、英国剑桥大学、德国马普量子光学所、瑞士日内瓦大学、美国斯坦福大学……2008年，潘建伟带领在德国的团队整体回归中科大，而其他分布在世界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精干的研究团队。

2003年至今，潘建伟团队的成果8次入选两院院士评选的 “年度十大科技进展新闻”，1次入选《自然》杂志评选的“年度十大科技亮点”，3次入选英国物理学会评选的“年度物理学重大进展”，3次入选美国物理学会评选的“年度物理学重大事件”。

2007年，英国《新科学家》杂志曾这样评价：“潘和他的同事使得中国科学技术大学——因而也是整个中国——牢牢地在量子计算的世界地图上占据一席之地。 ”2012年，英国《自然》杂志的新闻特稿《量子太空竞赛》中说：“这标志着中国在量子通信领域的崛起，从十年前不起眼的国家发展为现在的世界劲旅，将领先于欧洲和北美……”

说起研究中遇到的困难，潘建伟说，刚完成博士论文时，觉得光子纠缠方向已经没法再深入，当时很困惑，然而坚持下来，就是柳暗花明。

每当城市陷入沉睡的时候，这群科学家大多数还在伏案工作。“我们没有工作日和周末之分。 ”陈宇翱笑言，有时候为了一个实验数据，可能会工作到深夜两三点，只有在取得一个大的突破之后，才能陪家人出去走走。

家国情怀：提升国力造福人民

量子科学卫星实验中心和量子保密通信“京沪干线”上海运控中心，坐落在上海秀浦路的中科大上海研究院。这是潘建伟团队另一个重要的奋战场所。

在门厅入口的墙壁上，醒目地镌刻着著名物理学家赵忠尧生前的一段话：“回想自己一生，经历过许多坎坷，唯一希望的就是祖国繁荣昌盛、科学发达，我们已经尽了自己的力量，但国家尚未摆脱贫困与落后，尚需当今与后世无私的有为青年再接再厉，继续努力。 ”

这也是潘建伟的家国情怀。他始终不忘个人的命运是和国家紧密相连的，当年毅然回国，就是想通过科学研究进一步提升国力、造福人类。

在德国留学时，潘建伟住所楼下有个经营蔬菜的小店铺，店主每年都会停业五周，带着家人去度假，这件事给潘建伟的触动很大。“德国有着发达的科学技术和精良的制造业，这些都为德国经济发展起了强大的推动作用，而经济发展最直接的受益者就是普通百姓。 ”潘建伟现在思考的是，科学家在基础研究之外，如何注意科技成果转化，为经济发展做贡献。

“科学研究不仅要仰望星空，又要脚踏实地。”潘建伟感慨，“我们不能再像以前那样，用一火车的东西去换人家一皮包的芯片。我们不仅要关注原始创新也要鼓励成果转化，为国计民生做些事情，让普通老百姓享受科技带来的利益。我们的团队正在朝着这个目标努力。 ”

 潘建伟（右）、陆朝阳在实验室。 （资料图片）

安徽日报2016年1月9日

http://epaper.anhuinews.com/html/ahrb/20160109/article_3402182.shtml