9月， 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)2024級新生開學(xué)典禮上，校長包信和將校名拆開，對應(yīng)了四位科學(xué)家：“中國”，對應(yīng)楊承宗，我國放射化學(xué)奠基人，以中國為首，終身科教報國；“大學(xué)”，對應(yīng)錢學(xué)森和李政道，他們“文理雙全”，是全面發(fā)展的榜樣；“科學(xué)技術(shù)”，則對應(yīng)了潘建偉。包信和解釋稱，潘建偉主攻的量子理論“是當(dāng)今世界最深奧和最重要的科學(xué)之一”，他鼓勵新生向“無人區(qū)”進(jìn)發(fā)，追求“高峰要高到九重”……

上述四人中，潘建偉顯得很特別。他還“年輕”，今年54歲，仍在科研一線沖鋒。他研究的領(lǐng)域“量子信息技術(shù)”，曾經(jīng)在很長時期，因為過于前沿而少人問津，稱之為“無人區(qū)”并不夸張。而今天的量子信息技術(shù)，與AI 一起被看作“下一代革命性技術(shù)”。風(fēng)口當(dāng)前，世界發(fā)現(xiàn)，以潘建偉為代表的中國量子信息“新勢力”，站在最前邊。

好奇的少年

量子理論， 前沿、晦澀，為人津津樂道的是，連愛因斯坦也無法接受量子理論的某些“原理”。比如，“量子糾纏”，愛因斯坦認(rèn)為它違背狹義相對論，因此不合理。他稱之為“鬼魅般的超距作用”。

這門“ 鬼魅般” 的學(xué)科，也困擾過年少的潘建偉。1987年高考那年，潘建偉有機(jī)會被保送到浙江大學(xué)。“因為當(dāng)時保送的專業(yè)不是物理，所以我放棄了。”最終，他被中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)近代物理系錄取。

本科時，潘建偉接觸到量子力學(xué)?！皬囊婚_始，我就被量子力學(xué)搞糊涂了。”潘建偉的疑惑同愛因斯坦一樣，“像量子疊加、量子糾纏的問題，當(dāng)時我覺得是不應(yīng)該發(fā)生的，有一次期中考試還差點因此沒及格”。

潘建偉與量子學(xué)說，算是“不打不相識”。1992 年本科畢業(yè)，潘建偉在論文中向“不合常理”的量子力學(xué)理論提出了質(zhì)疑，“我試圖在論文中找個例證，來否認(rèn)這個理論”。也因為這次挑戰(zhàn)，他迷戀上量子世界的奧妙與未知。繼續(xù)攻讀碩士的他，選擇的方向是量子基本理論。

但那時的潘建偉已經(jīng)知道，要破解“ 鬼魅般” 的量子世界，單純的理論研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。1996 年碩士畢業(yè)后，潘建偉選擇到量子學(xué)說的“出生地”——奧地利，他入讀因斯布魯克大學(xué)，師從2022 年諾貝爾物理學(xué)獎得主之一安東·塞林格。

塞林格的實驗室，是量子實驗重地。潘建偉曾在多個場合回憶他與塞林格的第一次見面，那年他26 歲。塞林格問他，你的夢想是什么？青年的潘建偉張口就說：“我將來就想在中國建一個您這里的實驗室，世界一流的量子光學(xué)實驗室?！比指駥λc頭，說：“很好啊?！?/p>

這時期，潘建偉的生命中還有另一件大事。1987年高考那年，他在日記里寫下一個愿望，希望能娶一位高中女同學(xué)為妻。9年后，潘建偉讀博那年，這位女同學(xué)答應(yīng)了他。后來在一次演講中，潘建偉重提這件事，說：“這么困難的事情我都做到了，還有什么事情不能做成呢！”

“墨子”問鼎與量子計算

潘建偉是幸運的。1996年攻讀博士，他很快參與起塞林格領(lǐng)導(dǎo)的一項重要實驗。1997 年，論文發(fā)表，標(biāo)題是很簡單的《量子隱形傳態(tài)》，潘建偉是論文第二作者。這篇論文，被《自然》雜志選入20世紀(jì)的“百年物理21 篇經(jīng)典論文”，其成果與相對論的建立、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)等并列，被公認(rèn)為量子信息技術(shù)的“開山之作”。第二作者潘建偉，也從此名聲大噪。

但這僅僅是一個好的開始。所謂的科研，不僅開頭難，而且步步難。

潘建偉記得，1996年的實驗室里，量子密鑰傳輸距離只能做到幾十厘米，量子隱形傳態(tài)也只能傳輸30多厘米。潘建偉有一個要好的朋友，當(dāng)時斷言：在有生之年不會看到這項技術(shù)成為現(xiàn)實。到了2017年，當(dāng)潘建偉的團(tuán)隊真的用技術(shù)改變了現(xiàn)實，這位朋友“簡直說不出話，覺得這是匪夷所思的事情”。

就像他花了9年時間追到妻子那樣，潘建偉顯然是一個長期主義的行動派。

博士畢業(yè)后，2001年， 潘建偉回國任教，在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)組建了物理與量子信息實驗室，他開啟了一段“候鳥”時光。從2001年到2008年，他常年先后在奧地利和德國“兩邊跑”，重點學(xué)習(xí)了量子糾纏態(tài)的制備工藝，以及量子存儲技術(shù)。2011年，41歲的潘建偉當(dāng)選中國科學(xué)院院士，成為中國當(dāng)時最年輕的院士。

在量子通信領(lǐng)域，我們可以從最初“實驗室里幾十厘米”的傳輸距離出發(fā)，窺見在這條路上，潘建偉走了多遠(yuǎn)。

早在2008年秋，潘建偉團(tuán)隊就在合肥建立了世界上第一個光量子電話網(wǎng)，實現(xiàn)了“一次一密”加密方式的實時網(wǎng)絡(luò)通話。量子通信開始在一座城市的范圍內(nèi)落地。

2016年8月16日，“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星升空。潘建偉團(tuán)隊通過“墨子號”，在國際上率先成功實現(xiàn)了千公里級的星地雙向量子糾纏分發(fā)。此外，“墨子號”首次成功實現(xiàn)了從衛(wèi)星到地面的量子密鑰分發(fā)和從地面到衛(wèi)星的量子隱形傳態(tài)。潘建偉將“幾十厘米”擴(kuò)展到了“天地之間”。

“ 墨子號” 的成功， 標(biāo)識了中國成為量子技術(shù)“領(lǐng)跑者”的轉(zhuǎn)變，也牢牢確立著中國“領(lǐng)跑者” 的位置。但這些成就，還不是潘建偉的全部?！澳犹枴钡募榷ㄈ蝿?wù)，大多與量子通信相關(guān)，而量子信息技術(shù)被公認(rèn)為最重要的領(lǐng)域，是量子計算。

2019年10月， 谷歌AI 量子實驗室在《自然》發(fā)文稱實現(xiàn)了量子優(yōu)越性，成為第一個摘到勝利果實的團(tuán)隊。谷歌采用高溫超導(dǎo)電路量子計算芯片“懸鈴木”，擁有53個有效量子比特，所執(zhí)行的“特定任務(wù)”是“隨機(jī)線路取樣”問題（量子計算機(jī)只在一些特定問題上有“優(yōu)越性”）。谷歌宣稱，“懸鈴木”在這個任務(wù)上，比經(jīng)典超算擁有十億倍的性能優(yōu)勢。雖然后經(jīng)IBM 優(yōu)化算法，在隨機(jī)線路取樣任務(wù)上經(jīng)典計算機(jī)已經(jīng)可以追平“懸鈴木”的計算性能，但這無礙于谷歌確實證明了量子優(yōu)越性的存在。

一年多后，該領(lǐng)域迎來了潘建偉的團(tuán)隊。2020年12月，潘建偉團(tuán)隊的量子計算機(jī)“九章”在執(zhí)行“玻色子采樣問題”上，實現(xiàn)量子優(yōu)越性，比最強超算“富岳”高效100萬億倍。

比起“ 懸鈴木”，“ 九章”的優(yōu)越性難以被計算機(jī)算法追平。因此，“九章”也被評價為，人類第一次實現(xiàn)無可爭議的量子優(yōu)越性。需要說明的是，“懸鈴木”屬于超導(dǎo)量子計算機(jī)，“九章”則是光量子計算機(jī)，兩者不能放在一起比較。

2021年，潘建偉團(tuán)隊發(fā)布62 個量子比特的量子計算機(jī)“祖沖之號”，屬于超導(dǎo)量子計算機(jī)。也就是說，中國是目前唯一一個在兩種路線的量子計算領(lǐng)域都實現(xiàn)了量子優(yōu)越性的國家。這再度確立了中國“領(lǐng)跑者”的地位。

勇闖“無人區(qū)”

重?fù)?dān)在身，難免疲憊，潘建偉并不回避這一點。

2017年，一次在西湖大學(xué)致詞時，他曾說，從后臺走向世界前沿，“壓力很大”。跟跑時只要緊跟著第一方陣就行了，如今“領(lǐng)跑”生怕被追上，害怕辜負(fù)大家的厚望。

潘建偉的壓力，一方面固然來自國際競爭， 另一方面，當(dāng)科研走到了最前邊，就不再只是一次次的突破，還可能有一次次的試錯。但對于從事科研工作的青年科學(xué)家們，潘建偉依然鼓勵他們勇闖“無人區(qū)”，也就是新興領(lǐng)域。

今年3月，潘建偉受訪時，對年輕人提出兩條建議。一是選擇自己感興趣的領(lǐng)域，“有興趣就會有耐心，就能夠長期堅持下去”。二是選擇一個新興領(lǐng)域和在該領(lǐng)域活躍的導(dǎo)師，“進(jìn)入一個新興領(lǐng)域，是避免‘卷’的一個比較好的方式，因為該領(lǐng)域長滿了科學(xué)的果子，研究者又不太多，跳一跳就能夠得到……新興學(xué)科一定處在活躍期”。

（摘自《南風(fēng)窗》2024年第20期，本刊有刪節(jié)）