九三学社社员、“国际量子通信奖”首位获奖华人潘建伟与量子“纠缠”的人 |
作者:团结报记者 袁 沅 黄昌盛 发布时间:2015/11/30 浏览:3717次 |
团结报记者 袁 沅 黄昌盛 (2015年11月24日整版报道)
科幻片《星际迷航》中的柯克船长、韩剧《来自星星的你》的主角都教授还有神话故事《西游记》里的孙悟空,都拥有一种“瞬间移动”的超能力。这种超能力成为许多人儿时的想象和“科幻迷”长久的梦想。
潘建伟的研究成果,就让你我离这个梦想更近了一步。“通过量子纠缠技术,就可能实现物体信息的瞬间传送。”这位中国科学技术大学教授如是说。
当然,对于29岁入选“年度全球十大科技进展”,41岁当选“最年轻院士”,42岁成为“国际量子通信奖”首位华人物理学家获得者的潘建伟来说,他走过20多年的“量子路”绝不是仅仅为了让科幻变成现实。
潘建伟有一个更宏伟的规划——用量子信息技术“颠覆”传统的通信和计算方式;他有一个明确的目标——让自己的祖国从经典信息技术时代的跟踪者、模仿者迈向未来信息技术的领跑者和引领者;他还有一个朴实的梦想——用科技创新来服务祖国和这片土地上的人民。
在潘建伟用行动践行承诺的科研路上,他说自己是幸福的:“科学是一件很美好的事情,给人一种平等和永恒的感觉,能真正给我带来心灵上的宁静。”
1 敢做量子通信领跑者
5年前,潘建伟给中国长城加入了一点点《星际迷航》的元素:在北京北面的丛山上,靠近长城脚下的一个位置,他和他的物理学团队把一束激光瞄准到16公里远的高处。随后,他们通过激光光子的量子特性,在所经过的空间中“传送”信息。这是当时世界上最长距离的量子态隐形传输记录。而2016年,千公里光纤量子通信骨干网工程“京沪干线”项目将交付,“量子卫星”将升空,担任这两个项目首席科学家的潘建伟知道,世界上第一个“星地结合”的量子通信网就要成型了。
从普通人的视角看,潘建伟研究的“量子纠缠”和“量子隐形传态”听着怪、看不懂,理解起来简直像“悖论”。而潘建伟的科研人生,偏偏就与抽象艰深的“量子”打交道。
他到底在研究什么?那是怎样一个世界?
潘建伟用尽可能通俗的语言向记者展示他的量子世界:“比如你在北京,我在合肥,我们各自拿着一个骰子。你随机掷出一个数字4,结果我的骰子也变成了4;你掷出6,我的骰子也出现6。如果把骰子物化为量子,就可以解释量子纠缠的物理现象——相距遥远的两个量子所呈现出的关联性:当其中一个量子状态改变时,另一个量子的状态也会随之改变。爱因斯坦称之为‘鬼魅般的超距作用’。”
如何利用量子纠缠进行信息传输,就是潘建伟正在研究的量子隐形传态。
早在1999年,潘建伟便与同事一起在国际顶尖杂志《自然》上发表了首次实现量子隐形传态的学术论文,该成果被公认为量子信息实验领域的开山之作,被美国物理学会、欧洲物理学会和《科学》杂志评入“年度十大进展”。那一年,他才29岁。
接下来的16年里,潘建伟先后在国际上首次完成了量子纠缠交换,首次实现三、四、五、六、八光子纠缠以及非定域性检验,量子纠缠纯化等重要实验;建立了世界上第一个光量子电话网,真正做到“电话互联互通、语音实时加密、安全牢不可破”的量子保密电话网络系统……
明年,我国将建成世界上第一条高可信、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”,并发射首颗“量子科学实验卫星”。作为这两个项目的首席科学家,潘建伟和团队的努力与创新从未停止。
“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;中国将领先于欧洲和北美……”这是国际权威学术期刊《自然》杂志,在报道潘建伟团队量子通信工作的长篇新闻特稿《量子太空竞赛》中的观点。
“量子信息是一个全新的学科,我们必须学会和习惯做领跑者。”潘建伟向记者描绘出一幅科研成果付诸实践之后的图景:量子通信研究,可以实现无条件的通信安全;量子计算研究,可以“秒杀”峰值计算速度达每秒5.49亿亿次的“天河二号”超级计算机,为解决气象学、金融学等领域的大数据分析问题指明了方向;量子精密测量研究,可以使海面之下的潜水艇无须上浮校准位置便能长时间地掌握精确的导航信息。
一场面向未来的信息技术革命正悄然兴起。而潘建伟,就是敢于领跑的那个人。
2 对科学着迷的学者
二○一二年,国际量子通信、测量与计算学会授予潘建伟年度国际量子通信奖,表彰他“在量子通信和多光子纠缠操纵方面的先驱性贡献”,潘建伟成为获得这一荣誉的首位华人物理学家。从浙江东阳小县城走出的小男孩,为何会与前沿的量子世界结缘,而且还会获得全球量子信息科学领域的最高奖项?
每当有人问潘建伟这个问题,他都会想起爱因斯坦说的那句话:“兴趣是最好的老师”;想起父母告诉自己“喜欢什么就学什么”……
潘建伟深耕量子世界的背后,蕴含着这位科学家的底层密码,那就是单纯的喜欢和无尽的求索。1987年高考时,潘建伟推掉了保送到浙江大学等高校读经济管理类热门专业的机会,靠自己努力,考上了中国科技大学近代物理系。
谁能想到,潘建伟的量子之路竟然缘于一种否定。1992年,中科大近代物理系本科生潘建伟在毕业论文中,不乏莽撞地向“不合常理”的量子力学理论提出质疑。“量子理论以鬼魅般的阵列运行,以实物的形式到达和离开,这太神奇了!”从此,他决定将量子作为一生的研究方向。
“量子力学是一种积极向上的科学,令人着迷,又催人奋进。如果一个人是处在‘成功’和‘失败’的迭加态上,那么个人奋斗会使得他朝着成功几率较大的状态演化。”潘建伟说,实验中一个数据调试半年、一年是常有的事情。但因为喜欢,他会有耐心有恒心。“不要期望自己一蹴而就,也不能要求一定轰轰烈烈,要能守住初心,忍耐寂寞,只要是在做有意义的事情,就一定会有收获。”
潘建伟深深地热爱科学研究,因为他发现,科学中的对错,跟人的声望、社会地位、出身,都没有关系。“规律就是规律,有一种让人十分舒服的平等的感觉。”潘建伟说。
3 雪山旁的候鸟
“建伟,欢迎你来到我这个团队,你有什么梦想?”“我想在中国建一个世界一流的量子光学实验室!”多年以后,坐在窗明几净的办公室研究论文的时候,已身为中科大常务副校长的潘建伟不时会想起与奥地利导师塞林格首次相见时的对话。那是1996年10月的一个下午,塞林格教授闲适地坐在沙发上,背后是高耸的阿尔卑斯山;潘建伟这位26岁的中国来客,就在这雪山之畔许下了为之奋斗半生的梦想。
“我本来没打算出国。”潘建伟回忆起刚刚踏入量子物理门槛的自己,笑着说,“当时计划的理想状态是在国内做出好的学问来,让别人请我去讲学,来证明中国人是行的。”
但随着研究的深入,潘建伟发现,他不得不改变自己的想法。量子理论需要大量实验的验证,而在20世纪90年代的中国,既没形成量子研究的学术氛围,也没有相应的实验条件。
潘建伟产生了一种本领恐慌。困惑许久后,潘建伟定下决心:“出国!把国外的先进知识和技术都学会。”
1996年,告别学习生活9年之久的中科大,潘建伟背上行囊独自前往奥地利小城因斯布鲁克,有几分无奈,也带着许多期许。
一到奥地利维也纳大学,潘建伟就接触到很多以前并不了解的知识,脑洞大开。潘建伟像海绵一样疯狂地吸收,脑子里酝酿了一个对量子态进行隐形传输的实验方案。一个月后,他觉得方案成熟了,激动地在组里报告自己的设想:“我有一个很有趣的发现!”然而,报告结束后,全组没一个人表示赞赏。好半天,塞林格教授问:“潘,你不知道这就是量子态隐形传输的理论方案吗?你不知道我们另一个小组正在做这个实验吗?”
潘建伟确实不知道。他有些懊恼自己的“无知”,但又非常兴奋自己真是来对了地方,像是自己从国内带来的小火苗找到了一把助燃的好柴火。“我要加入这个实验!”他坚定地对导师说。导师考虑再三,接受了他的请求。
这一“请”一“允”,“量子世界”的大门彻底向潘建伟敞开了。潘建伟在量子实验方面的能力飞速增长,他也凭借自己扎实的理论功底推动着实验的快速开展。第二年,潘建伟就与同事在《自然》杂志上发表了题为“实验量子形态传输”的研究论文。
出国既非所愿,回国自是理所当然。在潘建伟看来,他出国的目的,就是为了学好知识,为了有一天回国。在中科大校训“红专并进,理实交融”的浸染下,在中科大近代物理系首任系主任赵忠尧先生、化学物理系首任系主任郭永怀先生等前辈事迹的熏陶下,潘建伟说,回国对他来说,是再自然不过的事情。
2001年,潘建伟回到中科大工作。但是,由于当时国内的研究水平和人才储备都很薄弱,“必须与国际上的先进小组保持密切的联系”,他常常像候鸟一样往来于欧洲和中国。在与同事一道组织科研队伍、开展实验室建设的同时,他继续在维也纳大学从事多光子纠缠方面的合作研究,后来又以玛丽·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。
如今,在中科大上海研究院潘建伟团队实验室大厅的醒目位置,挂着赵忠尧勉励青年为国效力的一段话。潘建伟说:“我们把赵忠尧先生的话放在这里,就是为了永远铭记他们的精神,记住培养人才的目的是为国家服务。”这份情谊,或许从父母给他取名“建伟”——“建设伟大祖国”的那一刻就注定了。
4 放风筝的人
“十年来‘国内国外两边跑’,是到该回家的时候了!”2008年在德国的最后一晚,潘建伟看着眼前厚厚一叠的搬家清单,心里久久不能平静。120页清单载满了他和团队在德国实验所用的器材,大到激光器,小到12毫米直径的镜片,他一样都没落下。建一流实验室的梦想初见雏形了。“科研需要群体作战,不能单打独斗。”为了团队建设,培养人才,不同学科背景的年轻人被他送去德国、奥地利、瑞士等量子信息研究的优秀国度锻炼。潘建伟说自己是一个“放风筝的人”。如今,很多被“放飞”的“风筝”已学成归来。
“做科研怎样才能成功?一个是兴趣,一个是能力,还需要有机遇。”今年9月,杨振宁在中科大演讲时说的这番话,潘建伟是极为赞同的。
从1997年开始,潘建伟每年都利用假期回到中科大讲学,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。同时,潘建伟的研究成果在国际上获得肯定,越来越多人意识到要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。
机会来了。在此后几年的“候鸟”生涯中,潘建伟一边在国外学习经验,一边指导国内建立量子实验室。同时,像放飞风筝一样,他开始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量子研究的力量,完成了很多关键技术方面的人才和技术积累。
2008年潘建伟在德国的团队集体回国,这是“风筝”第一次集体收线。此时量子信息已成为国家重点支持的科研项目,机会的大门再次向潘建伟和他的团队打开。
如今,潘建伟和他的团队已经取得了诸多在国际上具有领先水平的成就。“在光量子纠缠操纵和量子通信方面,我们走到了领跑的位置。杨振宁先生和李政道先生证明,中国人在国外可以做很好的‘科学’。我们现在证明了,中国人在国内也可以做很好的‘科学’。”潘建伟自豪地说。
5 “九三楷模”
“你作为一个青年科学家,一定要把精力集中在科研工作上。”二○○四年,潘建伟意外收到一封来自素未谋面但敬仰已久的科学界泰斗王选的信,信中写满了一位九三学社老前辈对后辈的鼓励与教诲。这一直被潘建伟视为一份珍贵的礼物,也使他与九三学社初次结缘。第二年,在九三学社中央主席韩启德的亲切关怀下,潘建伟光荣地成为九三学社大家庭中的一员。“这是我极大的荣幸,也是对我在科技创新道路上建功立业的巨大鞭策。”潘建伟这样说。
去年12月,潘建伟从九三学社中央主席韩启德手中接过鲜花和证书,获选“九三楷模”荣誉称号。回想那一刻,潘建伟说:“其实我做得还不够,这份荣誉更多的是对我这个青年科学家的鼓励和鞭策。我只有用以后几十年的时间去努力做事,才能真正配得上这份荣誉。”
回想入社10年来,潘建伟认为自己与众多优秀的知识分子一起参与和见证了九三学社在新时期的发展历程,也更深刻地体会到科技工作者对国家发展的重要作用和责任。
今年4月,九三学社中央以“量子信息科学与技术”为主题召开科学座谈会。“像这样汇集全国相关领域杰出科学家集思广益的科学问题座谈会,一年来已经举办了多次,充分彰显了九三学社民主与科学的特色,也让我们体会到九三学社在实施创新驱动战略进程中的重要作用。”潘建伟说。
事实上,从2013年起,科学家潘建伟还有了一个新的身份——全国政协委员。紧张的科研工作之余,他的时间被提案和调研塞得更满了。
“我力所能及的,就是看看能不能在生活中发现问题,然后提出一些可操作性的提案,通过参政议政,为我们国家的事业起到一些辅助的推进作用。”潘建伟说。
行如其言。无论手头工作再忙,潘建伟也会抽出时间,做些科研以外的功课。用他自己的话来说,“一个科学家,也可以并且有责任为民请命。”科学家的严谨和责任心,让他在做提案建议时,总是注重实地调研、用数据说话,提案也写得和论文一样,条理分明。
作为全国政协委员和民主党派成员中的科技工作者,潘建伟坚信除了做好本职工作之外,还可以通过政协平台和党派平台积极参政议政、建言献策,为国家的现代化建设贡献力量。
对国家负责、对人民负责,潘建伟也是一个对家庭负责的人。古人讲:“修身,齐家,治国,平天下。”潘建伟常说:“要对得起国家,对得起家人,对得起自己,才能心安理得。”
虽然因为工作的原因,潘建伟与家人总是聚少离多,但他对家人的关怀常在。“我很爱我的家庭,我会竭尽所地陪伴家人。这是不同于做科学家的一种责任,也是我人生的一种享受。”孩子小的时候,只要在家,潘建伟就会左手搂着女儿,右手搂着儿子,给他们讲完睡前故事才入睡。他常说自己很幸运,有一位好妻子。“她会很好地照顾孩子,并跟他们解释我的工作,所以我的孩子从小就懵懂地知道,他们爸爸在做的工作是一件对的事情,值得支持和理解。”
现在孩子长大了,更加懂得潘建伟的工作,在他们心里,爸爸永远是自己的骄傲和榜样。 |