潘建偉

1987年夏，我從浙江省東陽(yáng)中學(xué)考入中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)近代物理系。在科大學(xué)習(xí)期間，我第一次接觸到了量子力學(xué)，發(fā)現(xiàn)微觀世界里有很多奇特的現(xiàn)象。我對(duì)這些奇怪的量子特性陷入苦苦思考之中，甚至使我疏于做習(xí)題而險(xiǎn)些掛科。但不管怎么樣，量子世界的詭異特性令我著迷，因此我確立了我的奮斗目標(biāo)：與量子打交道、交朋友。本科畢業(yè)前，我集中研究和總結(jié)了量子力學(xué)的各種佯謬，作為我的本科畢業(yè)論文。畢業(yè)后，我繼續(xù)在科大攻讀理論物理碩士學(xué)位，理論基礎(chǔ)的加深使得我對(duì)量子的脾氣摸得更透了。

物理學(xué)終究是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，再奇妙的理論如果得不到實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，無(wú)異于紙上談兵。然而，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)缺乏進(jìn)行量子實(shí)驗(yàn)的條件。研究生畢業(yè)后，在導(dǎo)師的推薦下，我從1996年開(kāi)始師從國(guó)際上著名的量子物理實(shí)驗(yàn)學(xué)家，奧地利因斯布魯克大學(xué)的蔡林格（Anton Zeilinger）教授攻讀博士學(xué)位。一個(gè)理論物理專業(yè)的碩士，要想很快進(jìn)入實(shí)驗(yàn)量子物理的前沿，其中的困難可想而知。為了盡快掌握實(shí)驗(yàn)知識(shí)和要領(lǐng)，我?guī)缀跽於寂菰趯?shí)驗(yàn)室里，在中國(guó)科大訓(xùn)練出的較扎實(shí)的理論功底使我得以迅速理解和掌握實(shí)驗(yàn)技術(shù)。終于有一天，我有了自己的量子隱形傳態(tài)的實(shí)驗(yàn)設(shè)想。然而，當(dāng)我興奮地向?qū)熀屯聜冎v了自己的想法后，才知道這其實(shí)就是Bennett等提出的量子隱形傳態(tài)方案，并且實(shí)驗(yàn)室正在做這個(gè)實(shí)驗(yàn)。我當(dāng)時(shí)就提出要加入這個(gè)實(shí)驗(yàn)，并得到了蔡林格教授的應(yīng)允。

經(jīng)過(guò)1年左右的努力，我和實(shí)驗(yàn)室的同事完成了這個(gè)在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)光子的量子隱形傳態(tài)的實(shí)驗(yàn)。我們的工作發(fā)表在Nature雜志上，被認(rèn)為是量子信息實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域的開(kāi)端，同時(shí)被美國(guó)物理學(xué)會(huì)、歐洲物理學(xué)會(huì)、Science雜志評(píng)為年度十大進(jìn)展，并被Nature雜志在其特刊選為“百年物理學(xué)21篇經(jīng)典論文”。至今，這篇論文仍然是量子信息科學(xué)領(lǐng)域被引用次數(shù)最多的實(shí)驗(yàn)論文。此后幾年內(nèi)，我和同事們先后實(shí)現(xiàn)了量子糾纏交換、三光子糾纏及其非定域性檢驗(yàn)、四光子GHZ糾纏和高保真度的量子隱形傳態(tài)、量子糾纏純化等重要實(shí)驗(yàn)，結(jié)果均發(fā)表在Nature或Physical Review Letters上，這些工作多次被歐洲物理學(xué)會(huì)和美國(guó)物理學(xué)會(huì)評(píng)為年度物理學(xué)重大進(jìn)展。

我在奧地利攻讀學(xué)位的時(shí)候，是量子信息這門新興科學(xué)開(kāi)始蓬勃發(fā)展的年月。這門學(xué)科——包括量子通信、量子計(jì)算、量子模擬和量子精密測(cè)量等研究方向——正是利用了量子的奇特性質(zhì)，能夠用一種革命性的方式對(duì)信息進(jìn)行編碼、存儲(chǔ)、傳輸和操縱，可以實(shí)現(xiàn)利用任何經(jīng)典手段都無(wú)法完成的信息功能：量子通信克服了經(jīng)典加密技術(shù)內(nèi)在的安全隱患，是迄今為止唯一被嚴(yán)格證明是無(wú)條件安全的通信方式；量子計(jì)算和量子模擬具有超越經(jīng)典極限的強(qiáng)大并行計(jì)算和模擬能力，一方面為密碼分析、氣象預(yù)報(bào)、資源勘探、藥物設(shè)計(jì)等所需的大規(guī)模計(jì)算難題提供解決方案，另一方面可揭示高溫超導(dǎo)、量子霍爾效應(yīng)等長(zhǎng)期懸而未知的物理機(jī)制；量子精密測(cè)量通過(guò)實(shí)現(xiàn)對(duì)重力、時(shí)間、位置等物理量的超高靈敏度測(cè)量，可以大幅度提升衛(wèi)星導(dǎo)航、潛艇定位、醫(yī)學(xué)檢測(cè)、引力波探測(cè)等的準(zhǔn)確性和精度。在懷著極大的熱情與量子打交道的同時(shí)，我將目光投向了國(guó)內(nèi)，迫不及待地希望祖國(guó)能很快跟上這個(gè)新興科技領(lǐng)域的發(fā)展步伐，在信息技術(shù)領(lǐng)域抓住這次趕超發(fā)達(dá)國(guó)家并掌握主動(dòng)權(quán)的機(jī)會(huì)。

從1997年開(kāi)始，我每年都利用假期回到中國(guó)科大講學(xué)，為我國(guó)在量子信息領(lǐng)域的發(fā)展提出建議，并帶動(dòng)一批研究人員進(jìn)入該領(lǐng)域。2001年，我入選“中科院引進(jìn)國(guó)外杰出人才”，并獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金委海外青年學(xué)者合作研究基金和中科院知識(shí)創(chuàng)新工程重要方向性項(xiàng)目的支持，在中國(guó)科大組建了量子物理與量子信息實(shí)驗(yàn)室。這個(gè)實(shí)驗(yàn)室以一批年輕教師和學(xué)生為班底，朝氣蓬勃。雖然我們是從零開(kāi)始，但因?yàn)樵诮M建之初就得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、中科院和中國(guó)科大的大力支持，在以后的幾年里又陸續(xù)得到了科技部等主管部門的大力支持，因此實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展速度非?？?。僅2003年一年，我們研究組作為第一單位發(fā)表在Physical Review Letters的論文就有7篇。2004年，我們?cè)趪?guó)際上首次實(shí)現(xiàn)五光子糾纏和終端開(kāi)放的量子態(tài)隱形傳輸，發(fā)表在Nature雜志。這一成果同時(shí)入選歐洲物理學(xué)會(huì)和美國(guó)物理學(xué)會(huì)評(píng)選出的年度國(guó)際物理學(xué)重大進(jìn)展，這對(duì)中國(guó)科學(xué)家來(lái)說(shuō)是第一次。

量子信息科學(xué)領(lǐng)域是一個(gè)日新月異、正在迅速發(fā)展的多學(xué)科交叉領(lǐng)域，需要各方面的人才和技術(shù)，需要與世界上優(yōu)秀的科研團(tuán)體合作，學(xué)習(xí)他們的先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。正是考慮到這一學(xué)科背景，在2003-2008年間，我國(guó)內(nèi)、國(guó)外兩頭跑，一方面在中國(guó)科大實(shí)驗(yàn)室大力發(fā)展光量子信息技術(shù)，另一方面前往在冷原子和原子芯片方面具有很強(qiáng)研究實(shí)力的德國(guó)海德堡大學(xué)物理所，以瑪麗-居里講席教授的身份在歐洲通過(guò)各種渠道申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)支持，從國(guó)內(nèi)招收研究生和博士后，為我國(guó)培養(yǎng)冷原子量子存儲(chǔ)方面的研究力量。幾年下來(lái)，我們?cè)诶湓恿孔哟鎯?chǔ)方面形成了豐富的人才和技術(shù)積累，取得了一系列國(guó)際領(lǐng)先的研究成果。2008年，Nature雜志發(fā)表了我們“量子中繼器實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)”的研究成果。利用量子存儲(chǔ)技術(shù)在國(guó)際上首次完美地實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)程量子通信中亟需的“量子中繼器”，Nature雜志稱贊該工作“掃除了量子通信中的一大絆腳石”。這項(xiàng)成果入選歐洲物理學(xué)會(huì)年度物理學(xué)重大進(jìn)展。我們還首次實(shí)現(xiàn)了光子比特與原子比特間的量子隱形傳態(tài)，首次將單次激發(fā)量子存儲(chǔ)的壽命延長(zhǎng)至毫秒量級(jí)，較以前的結(jié)果提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

2008年，在完成了充分的技術(shù)積累和人才儲(chǔ)備后，我放棄了在海德堡大學(xué)的職位，同時(shí)將在海德堡大學(xué)的實(shí)驗(yàn)裝置陸續(xù)搬遷回中國(guó)科大，將一批優(yōu)秀的年輕人才從海德堡大學(xué)以國(guó)家“青年千人計(jì)劃”、中科院“百人計(jì)劃”等方式引進(jìn)到中國(guó)科大。

全時(shí)回國(guó)工作后，隨著研究工作的不斷深入和研究方向的擴(kuò)大，尋求穩(wěn)定的科研經(jīng)費(fèi)支持在一段時(shí)間內(nèi)一直是困擾我們團(tuán)隊(duì)的主要問(wèn)題。2009年，我獲得“國(guó)家杰出青年科學(xué)基金”資助，無(wú)疑是對(duì)我團(tuán)隊(duì)工作的高度肯定和鼓勵(lì)。在“杰青”項(xiàng)目、中科院的知識(shí)創(chuàng)新工程項(xiàng)目和科技部重大科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目等的支持下，我們團(tuán)隊(duì)的經(jīng)費(fèi)需求問(wèn)題初步得到解決，可以在國(guó)內(nèi)開(kāi)展國(guó)際領(lǐng)先的工作了。值得指出的是，我們團(tuán)隊(duì)的研究骨干中，有3人先后獲得“杰青”項(xiàng)目的資助，充分體現(xiàn)了“杰青”是對(duì)我國(guó)優(yōu)秀科研人員的高度認(rèn)可。

團(tuán)隊(duì)未來(lái)的重點(diǎn)發(fā)展方向有2個(gè)：一是將廣域量子通信向?qū)嵱没较蜻M(jìn)一步推進(jìn)；二是發(fā)展量子模擬及量子精密測(cè)量技術(shù)，用發(fā)展起來(lái)的量子操縱技術(shù)反過(guò)來(lái)推動(dòng)量子物理和凝聚態(tài)物理方面的基礎(chǔ)研究，這將使量子科學(xué)與技術(shù)之間形成良性的正反饋關(guān)系，這是我感到最為快樂(lè)的事情。

回顧我們過(guò)去幾年的發(fā)展，我感嘆這是一個(gè)不斷實(shí)現(xiàn)和超越夢(mèng)想的光榮歷程。我們應(yīng)該感謝量子，是它使得我們能夠有機(jī)會(huì)像“兩彈元?jiǎng)住钡壤弦惠吙茖W(xué)家們那樣，為國(guó)家和社會(huì)的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的一份力量。我更應(yīng)該感謝我們祖國(guó)在經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)進(jìn)步中所取得的巨大成就。我們?cè)诎l(fā)展量子信息科技上所取得的成績(jī)，與國(guó)家自然科學(xué)基金委、教育部、科技部、中科院等科研主管部門和中國(guó)科大的強(qiáng)有力支持是分不開(kāi)的。不僅如此，國(guó)家對(duì)引進(jìn)海外高層次人才的重視也達(dá)到了新的高度，使得更多的優(yōu)秀青年人才可以歸而報(bào)國(guó)，在國(guó)內(nèi)充分發(fā)揮他們的創(chuàng)造力，成為前沿研究領(lǐng)域的生力軍。可以說(shuō)，團(tuán)隊(duì)所獲得的持續(xù)支持和所取得的成績(jī)不僅彰顯著我國(guó)不斷提高的綜合國(guó)力和科技創(chuàng)新能力，也充分反映了我國(guó)對(duì)支持戰(zhàn)略性前沿基礎(chǔ)科學(xué)研究的敏銳判斷力和決策力。