1996年,26岁的潘建伟踏入奥地利因斯布鲁克大学攻读博士学位时,量子信息实验研究在国际上刚刚起步。他的导师塞林格教授正组织该领域的首个国际合作项目,试图将理论推向实验验证。
在这个科学前沿阵地,年轻的潘建伟参与完成了量子隐形传态实验的关键数据测量。1997年,该成果发表于《自然》杂志,27岁的他成为论文第二作者。
这项研究被选为“百年物理学21篇经典论文”,与爱因斯坦相对论、伦琴发现X射线等重大突破并列。
潘建伟,男,汉族,1970年3月生,浙江东阳人,1992年7月参加工作,2005年8月加入九三学社,奥地利维也纳大学实验物理专业毕业,研究生学历,理学博士学位,教授。现任全国政协委员、安徽省政协常委,九三学社第十五届中央副主席、中国科学技术大学常务副校长,中国科协副主席、欧美同学会副会长,中国科学院院士、发展中国家科学院院士。
潘建伟主要从事量子光学、量子信息和量子力学基础问题检验等方面的研究。
①
量子梦的起点
1999年,已在量子领域崭露头角的潘建伟萌生回国想法。导师不解地问他:“潘,你的梦想是什么?”他毫不犹豫地回答:“我的梦想是在中国建一个像你这样一流的实验室。”
面对导师的疑惑,这位年轻科学家解释:“选择回国是一件很自然的事。我认为一个人对亲人、朋友的爱,对自己所在团体、所在国家的认可,是一种自然、朴素的情感。”
2001年,潘建伟回到中国科学技术大学,白手起家组建量子实验室。面对基础薄弱的现实,他采取了一个“双轨战略”:一方面自己频繁往返欧洲“取经”,另一方面陆续派出十几名学生到国际顶尖团队学习。
令他欣慰的是,这些学生学成后全部回国效力,形成了中国量子研究的核心力量。
在中国科大量子工程中心大厅,潘建伟特意悬挂着赵忠尧先生的一段话:“回想自己,经历过许多坎坷,唯一希望的就是祖国繁荣昌盛,科学发达......”。
这位中国核物理开拓者的心声,成为潘建伟团队的精神坐标。
②
攀登量子通信高峰
2005年,潘建伟团队在合肥大蜀山实现13公里量子纠缠分发,开启了中国量子通信的征程6。两年后,他们利用诱骗态方法,首次突破百公里级光纤量子密钥分发,打开了量子通信实用化的大门。
但光纤传输存在物理极限——随着距离增加,光子几乎被完全吸收。潘建伟很早就把目光投向天空。
2016年8月16日,酒泉卫星发射中心,被命名为“墨子号”的世界首颗量子科学实验卫星划破夜空。这颗以中国古代科学家命名的卫星,承载着验证太空尺度量子现象的使命。
升空一年内,“墨子号”提前完成全部三大科学目标:实现千公里级星地双向量子纠缠分发;完成星地量子密钥分发实验,效率比传统技术高出20个数量级(万亿亿倍);成功进行地星量子隐形传态。
《自然》杂志审稿人赞叹这些成果是“令人钦佩的成就”和“本领域的里程碑”。传统光纤要完成同样效果的量子隐形传态实验,需要3800亿年——相当于宇宙年龄的20倍。
③
家国情怀的科学家
在潘建伟看来,科学探索与爱国情怀是自然融合的。当41岁的他成为当时最年轻的中科院院士时,他的导师塞林格再次来到中国,终于理解了弟子的选择:“我现在真正理解了你要回国的原因,你不仅爱量子科学,也爱你的国家。”
面对国家科技创新驱动战略,潘建伟有着独到见解:“创新分为基础创新、科技成果转化创新和日常生活中的创新三个方面。”他主张科技工作者既要仰望星空做原始创新,也要推动成果转化服务经济社会发展。
在潘建伟眼中,创新不仅是实验室里的突破,更是一种全民精神。“在德国通过垃圾分类,废纸回收率能达到80%,而我们只有50%左右;在德国和日本,电源插座上的安全按钮设计既方便又安全”。这些细节体现着一个国家对卓越的追求。
“我很爱科学,更深爱着祖国,这两者合二为一是很自然的事情,也是我的使命。”
④
编织量子未来网络
随着“墨子号”成功,潘建伟团队开始规划更宏大的量子网络。2020年,他们实现两个量子存储器相距50公里的纠缠,将原有世界纪录提高了37倍,为量子互联网奠定基础。
他们攻克了“墨子号”只能在夜间工作的限制,在青海湖实现53公里白天量子密钥分发,使下一代量子卫星能全天候工作。2025年6月,在量子力学诞生100周年的黑尔戈兰岛国际会议上,潘建伟作为中国唯一受邀报告人,透露了团队最新蓝图。
被命名为“Dawn”(晨曦)的地球同步轨道量子卫星计划于2027年前后发射,将把量子纠缠距离推升至一万公里以上。
更令人震撼的是,潘建伟团队计划在2030或2035年实现地月量子纠缠分发实验,在38万公里尺度上检验量子力学基本原理。
⑤
量子计算的中国方案
在量子计算领域,潘建伟团队同样走在世界前列。他们研发的“祖冲之”系列超导处理器已实现105比特量子计算,计算优势超越经典计算机15个数量级。
“九章”系列光子计算平台已发展至“九章四号”,实现超过3000个光子事件探测,在高斯玻色采样问题中取得41个数量级的优势。
潘建伟坦言,尽管量子计算优越性进展迅速,但通用容错量子计算机仍需长期攻关。“我们计划在五年内实现对数百到上千量子比特的相干操控,开展量子模拟,探究高温超导、量子霍尔效应等关键问题”。
面向未来10到15年,他希望将量子比特数扩展至百万级,为通用量子计算奠基。
⑥
培养量子科学接班人
在潘建伟的人才战略下,一支强大的量子研究团队在中国成长起来。英国《自然》杂志评价:“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。”
以彭承志、陈宇翱、陆朝阳等为代表的青年学者,已成为国际量子科学前沿的中坚力量。这种“人才生态圈”的建设模式,确保了中国量子研究的可持续发展。
潘建伟的团队培养理念在量子工程中心大厅赵忠尧先生的话语中得到呼应:“尚需当今与后世无私的有为青年再接再厉,继续努力。”