访潘建伟团队：量子理论如何为我所用

推开量子世界的大门

——2015年国家自然科学奖一等奖获得者“多光子纠缠和干涉测量”团队访谈

■我们的记者刘爱华

1月8日，国家自然科学奖一等奖揭晓。由中国科技大学潘剑伟、彭承志、陈玉傲、卢朝扬、陈增成等领导的“多光子纠缠与干涉测量”团队获得荣誉。

一个月前，英国物理学会新闻网站“物理世界”公布了2015年国际物理学十大突破。潘剑伟和卢朝阳在实现基本粒子(光子)量子隐形传态的两个内在特性方面首次被选中并排名第一。这也是中国首次因在当地所做的工作而获得这一荣誉。

什么是“多光子纠缠和干涉测量”

简而言之，它是根据量子物理原理对信息进行编码、存储、传输和逻辑运算，以及精确操纵光子和原子等微观粒子，从而保证通信安全和提高计算速度等的一种全新方式。它可以突破传统信息技术的瓶颈。

“实现多粒子纠缠的相干操控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。”潘剑伟说，正如2012年诺贝尔物理学奖得主怀恩兰(Wineland)所指出的，“纠缠粒子越多，量子力学的离域性越强，对量子信息处理越有用。”

2004年，潘剑伟团队在世界上首次实现了具有五光子纠缠和开放终端的量子态的隐形传输。这项成就由《自然》杂志出版，并被英国物理学会和美国物理学会选为国际物理年度重大进展。此后，潘剑伟团队分别在2007年和2012年制造了六光子纠缠和八光子纠缠，并保持了纠缠光子数量的世界纪录。

在此基础上，该团队在2007年实现了第一个安全通信距离超过100公里的光纤量子密钥分发，在2008年实现了第一个全通量子通信网络，在2012年实现了第一个大规模量子通信网络。

“这个奖项肯定了我们多年来在量子领域的深厚修养。当然，这还远远不够。未来还有更多“硬骨头”需要咀嚼。要实现量子模拟器和有实用价值的量子计算机的基本功能，至少要有几十到几百个量子位纠缠在一起。”潘剑伟说道。

我怎么能使用量子理论

量子具有不同于宏观物理世界的奇妙特性，如未知量子态的不可复制性和量子的非局域性。如果我们能掌握这些特征，我们有望在信息处理能力方面实现革命性的突破。例如，量子有叠加。如果能制造出一台由100个粒子相干控制的量子计算机，它在某些方面的处理能力将比目前最快的超级计算机天河二号快100亿倍。

由量子纠缠发展起来的量子隐形传态可以将未知的物质量子态准确地传输到远处，并可以实现从a到b的瞬时传输。

潘剑伟团队有一个清晰的科研路线图:通过量子通信研究，从最初实现本地量子通信网络到实现多个水平和垂直方向的全球量子通信网络，确保信息传输的绝对安全；通过量子计算研究，为大规模计算问题提供解决方案，实现大数据时代有效的信息挖掘。通过量子精密测量研究，实现新一代定位导航等。

由该团队牵头的中国科学院科技战略试点项目“量子科学实验卫星”将于今年发射。它将能够实现高速的星地量子通信，并与地面城域量子通信网连接，从而初步建成中国的广域量子通信系统。

“科学研究需要长期规划”

“科学研究需要长期规划和团体作战，不能单独作战。”潘剑伟从2001年开始分配人才。2007年，英国杂志《新科学家》在《中国的崛起》特刊中高度评价“潘和他的同事们使中国科技大学——乃至整个中国——在世界量子计算地图上占据了一席之地”。2012年，英国杂志《自然》(Nature)在其新闻特写中称赞了项目团队在量子通信领域取得的成就:“这标志着中国在量子通信领域的崛起，从十年前的一个小国发展到如今的世界强国，领先于欧洲和北美……”

为什么取得了这么多成果？“有好机会，”彭承志谦虚地说。“兴趣决定我们能走多远。我们坚持认为我们随时准备好。”

你遇到什么困难了吗？当潘剑伟第一次完成他的博士论文时，他觉得光子纠缠的方向不能再进一步深化了。“当时，他非常困惑。”然而，坚持下去，只是为了展示树的阴暗面。

辩论是这个团队的常态。团队成员、菲涅尔奖获得者陈玉瑶说，“我们经常在学术问题上‘争吵’。”潘剑伟说，“我随时准备改变主意。只有团队的开放、包容和密切合作才能促进他们各自的成长。”

对家和国家的坚定感情

潘剑伟一直记得，一个人的命运与他的国家息息相关。那一年，他毅然回到中国，“通过科学研究进一步增强国力，造福人类”。

“德国发展了科学技术和优秀的制造业，对德国的经济发展起到了强大的推动作用，经济发展最直接的受益者是普通人。”潘剑伟现在想的是，除了基础研究，科学家们应该如何关注科技成果的转化，如何为经济发展做出贡献。

“科学研究不仅要看星星，还要看脚踏实地”潘剑伟感叹道:“我们不仅要注重原创创新，还要鼓励成果转化，为国计民生做点事，让老百姓享受科技带来的好处。”

《中国科学日报》(2016年1月11日，第4版)

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