■科星灿烂
近日，中国科学技术大学潘建伟教授的研究小组，采用光子级联编码的方式，实现了对于任意噪声都具有高容错率的薛定谔猫态，朝着实现大尺度量子网络乃至宏观纠缠态迈出了重要一步。
1970年出生的潘建伟，是2011年度新增院士中最年轻的一位。1997年以来，他和他的团队在《自然》及《自然》子刊、《美国国家科学院院刊》、《物理评论快报》等国际权威学术期刊上发表学术论文90余篇，被引用10000余次。
量子世界如此令人着迷
潘建伟选择物理，完全出于兴趣爱好。1987年高考的时候，他本有机会被保送到浙江大学读当时的热门专业。“如果接受保送，可能就无法继续我的物理梦了。”潘建伟考入中国科大近代物理系。
“牛顿力学将一切归结为机械运动，既然一切都已注定，那人活着还有什么意义呢？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！从此发现一切变得自然而有意义。”潘建伟说，“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。”
1996年，在中国科大获得理论物理硕士学位后，潘建伟投入奥地利维也纳大学蔡林格教授门下攻读博士学位。彼时，导师正组织量子信息实验研究方面第一个国际合作项目。此前，量子信息一直处在理论研究阶段，还没有实验支撑。
而潘建伟脑子里也正酝酿着一个实验方案。一个月后，他觉得方案成熟了，便兴奋地在组里报告他的设想。然而，报告结束后全组没一个人说话。好半天，蔡林格教授问：“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，但他认为这是上天在眷顾他。他坚定地对导师说：“我要加入这个实验！”
1997年，题为“实验量子隐形传态”的研究论文在《自然》杂志上发表。该成果被公认为量子信息实验领域的开山之作，被欧洲物理学会和美国物理学会评为世界物理学年度重大进展，被美国《科学》杂志评为年度全球十大科技进展，还被《自然》杂志选为“百年物理学21篇经典论文”之一，而作为论文的第二作者潘建伟，这一年刚刚27岁。
必须把别人的看家本领学到手
2001年，潘建伟回到中国科大工作。当时无论是研究水平还是人才储备方面，国内的基础都很薄弱。
潘建伟在与他的同学杨涛教授一道组织科研队伍、开展实验室建设的同时，还继续在维也纳大学从事多光子纠缠方面的合作研究。国内研究组成果出得很快，仅2003年一年，作为第一单位发表在《物理评论快报》的论文就有7篇。
2004年，潘建伟研究组在国际上首次实现五光子纠缠和终端开放的量子态隐形传输，《自然》杂志发表了这一成果，并称赞说，尽管五粒子纠缠的实现非常困难，但是中国科学技术大学的潘建伟教授和他的同事们完成了这一壮举。这种新颖的量子态隐形传输是量子纠错和分布式量子信息处理所需要的关键技术。这一成果同时入选欧洲物理学会和美国物理学会评选出的年度国际物理学重大进展。这对中国科学家来说是第一次。
“很自豪！这表明国内研究组在量子纠缠方面的工作已经成功跃居国际领先水平。”潘建伟说，“我可以离开维也纳了。”
此后，潘建伟以玛丽·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。潘建伟说：“海德堡大学的冷原子研究处于国际领先地位，我们必须把别人的看家本领学到手。”
几年下来，潘建伟团队在冷原子量子存储方面形成了丰富的人才和技术积累，取得了一系列国际领先的研究成果。2008年，《自然》杂志发表了潘建伟和他的同事完成的题为“量子中继器实验实现”的研究成果。《自然》杂志称赞该工作“扫除了量子通信中的一大绊脚石”。
打造国际一流科研团队
回国后，潘建伟致力于将不同学科背景的年轻人送出国门，到德国、英国、美国、瑞士、奥地利等量子信息研究的优秀国际小组加以锻炼。这些被“放飞”国外多年的年轻人，如同风筝收线一般，悉数回国，使科大团队得到了空前的壮大。
“我们已经是一个有国际影响力的团队，他们在这里大有用武之地。”潘建伟领导的中国科大合肥微尺度物质科学国家实验室量子物理与量子信息研究部可谓人才济济，光是“青年千人计划”教授、“百人计划”教授就有十来个。
潘建伟带领研究团队取得了多个令人惊羡的“第一”：实验实现了16公里自由空间量子态隐形传输，创造了当时量子态隐形传输距离的世界纪录，证明了基于自由空间进行远距离量子通信的可行性；在国际上首次实验实现了八光子薛定谔猫态，刷新了由潘建伟团队保持的多光子纠缠态制备的世界纪录；利用八光子纠缠态，在国际上首次实验实现了拓扑量子纠错，是量子信息领域以中国为第一单位发表在《自然》杂志上的首篇长文，被审稿人称为“一个艰苦卓绝的英雄主义的量子光学实验”；在国际上首次实验实现了百公里量级的自由空间量子隐形传态和纠缠分发，通过地基实验证明了实现基于量子卫星的全球量子通信网络和开展大尺度基本物理问题实验检验的可行性，《自然》审稿人称为“另一个英雄的实验工作”…… “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。”潘建伟说。
2012年8月，潘建伟被国际量子通信、测量与计算学会授予2012年度国际量子通信奖，表彰其“在量子通信和多光子纠缠操纵方面的先驱性贡献”。他是获得这一荣誉的首位华人物理学家。
让量子世界造福人间
量子通信技术应用基础研究和应用研究关乎国家信息安全战略。2009年4月，潘建伟团队在合肥市建立了世界上首个多节点的全通型光量子电话网，并在60周年国庆阅兵期间为天安门城楼、中南海等关键地点之间构建了“量子通信热线”，用于重要信息传送保障。
2012年，潘建伟团队完成了包括几十个节点的合肥城区量子通信网络示范工程，规模远远超过国际上已有的量子通信网络，并在合肥市得以应用，标志着大容量的量子通信网络技术已经取得了关键性突破。同年，该团队与新华社合作建设的“金融信息量子通信验证网”开通，在世界上首次实现了利用量子通信网络对金融信息的安全传输。同年11月，该团队研制的“基于量子通信的高安全通信保障系统”投入运行，为“十八大”等国家重要政治活动提供信息安全保障。
2013年，潘建伟团队实现了“测量器件无关的”量子通信，从而解决了单光子探测系统易被黑客攻击的安全隐患，大大提高了现实量子密钥分发系统的安全性。该成果被美国物理学会《物理》杂志评选为年度国际物理学重大进展。
在国家发改委的支持下，中科院联合相关部门启动了千公里光纤量子通信骨干网工程“京沪干线”项目，潘建伟出任该项目首席科学家。2016年前后，将建成连接北京、上海的高可信、可扩展、军民融合的广域光纤量子通信网络。
“量子保密通信在城域网上的使用已经基本成熟，快则两三年，慢则三五年，就可以推广。”潘建伟团队牵头组织了“量子科学实验卫星”中科院战略性先导科技专项，预计在2015年到2016年间发射卫星。《自然》杂志新闻特稿中这样写道，中国将领先欧洲和北美，发射一颗量子科学实验卫星。这将为物理学家提供一个测试量子理论基础以及探索如何融合量子理论与爱因斯坦广义相对论的全新平台。（本报记者 吴长锋）
来源：科技日报2014年6月2日一版头条
