《自然》杂志介绍年度十大科学人物之一潘建伟的内容(来自网络)
中国科学技术大学教授、中科院院士潘建伟,陡然“红了”
12月19日凌晨,国际顶尖学术期刊《自然》杂志公布2017年度十大科学人物,中国物理学家潘建伟赫然在列。
《自然》推选全球年度十大科学人物已是传统。近年来入选中国科学家并不鲜见。2013年,禽流感专家陈化兰当??;2015年,中山大学教授黄军利用基因编辑技术修改人类胚胎DNA治疗地中海贫血症上榜。要算上海外华裔,同胞更多。今年入选的,就有美国布罗德研究所生物学家刘如谦。东姐觉得,从这个角度,咱绝对可以小小自豪一下。作为论文大国、博士大国,咱常收到“大而不强”,“一味跟随、缺少开创性引领性研究”的评价,这帽子能否慢慢摘下?
不过,潘建伟院士院士格外受关注——东姐一觉醒来,网络朋友圈刷屏,以前国人很少注意的“《自然》十大科学人物”被成功“科普”。
面聆过潘院士学术风采的东姐,也与有荣焉——潘院士不仅是中国科研创新突破的杰出代表,还是我大长三角融合发展的生动写照——他是浙江东阳人;在合肥上大学、当教授,还是中国科技大学常务副校长;其量子科技研究的基地中,相当一部分则在上海浦东新区。
最近,潘建伟院士和他的团队持续得到国内外的广泛关注——
12月13日,美国。著名科学媒体《科学新闻》(Science News)将“墨子号”的研究选为“2017年度十大科学事件”之一,并以“2017年量子通信卫星证明了它的潜力”为题做了专题报道;
半个月前,乌镇。世界互联网大会,18项世界互联网领先科技成果发布,潘建伟团队的光量子计算机原型机上榜;
10月底,北京。2017未来科学大奖颁奖典礼,潘建伟凭借量子光学的创造性贡献获“物质科学奖”。该奖2016年设立,是中国大陆第一个由科学家、企业家群体共同发起的民间科学奖项,单项奖金高达100万元,被称为“中国诺贝尔奖”。
不久前,潘院士入选2017感动上海年度人物。颁奖辞是:“他让中国的量子科学领跑世界,让永攀高峰的精神引领时代”。
墨子号上天,“沉寂了一千年,中国誓回发明创新之巅”?
《科学》刊登“墨子号”发射消息的期刊封面(来自网络)
在物理学界之外,潘院士成为“网红”始于去年8月16日。由他和他的团队主导研制的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”上天,我国率先实现卫星和地面的量子通信。今年,“墨子号”被写入十九大报告,成为近五年科技创新的代表性成果之一。
其实,“潘家军”量子通信、量子计算的诸多原创性成果已是多次入选世界年度十大科技亮点、世界年度物理学重大进展、世界年度物理学重大事件等,还获过国家科技进步一等奖。
聚光灯下的潘家军,今年成果丰硕:8月10日,他们宣布“墨子号”提前圆满完成量子纠缠分发、量子密钥分发、量子隐形传态三大科学实验任务,成果相继发表于《科学》和《自然》上; 9月29日,十八大之后我国在信息领域部署的首个重大工程,世界首条千公里级量子保密通信骨干网“京沪干线”正式开通;结合“京沪干线”与“墨子号”量子科学实验卫星的天地链路,中国与奥地利首次成功实现洲际量子保密通信,为未来覆盖全球的量子保密通信网络迈出坚实一步。
这些成果意义何在?
《自然》杂志为每一位入选者做了一篇新闻特写,《量子之父》开篇便是:“在中国,人们称他‘量子之父’。对于这一称呼,潘建伟当之无愧。在他的带领下,中国成为远距离量子通信技术的领导者?!?/p>
去年底,《华尔街日报》发表《沉寂了一千年,中国誓回发明创新之巅》的专题文章,将“墨子号”量子卫星作为中国创新能力提升的重要标志。英国《经济学人》报道则称,“没有一个量子网络比中国在去年底建成的‘京沪干线’更具雄心”。
量子通信是目前最接近实用的技术?!澳雍拧鄙咸熘?,欧美各国对量子信息科学的重视达到前所未有的高度,纷纷开始加紧战略部署,比如欧盟就迅速启动10亿欧元的量子技术旗舰计划、美国国会在最近的听证会上认为“美国绝对无法承受在量子技术革命竞争中失败的代价”。但是,在量子通信领域,中国无疑已是“领跑者”。
量子通信有啥用——从两只猫的“死”、“活”说起
12月17日,潘建伟在复旦科技创新论坛上作主旨演讲。慕梁摄
12月17日,一流科学家云集、光诺奖得主就有5位的“2017复旦科技创新论坛”举办。主旨演讲者潘建伟院士做了《打破量子工程的壁垒》的报告。他从十万年前智人为什么能战胜更强壮、头脑更大的尼安德特人,成为进化战争胜利者入手,通俗地讲述量子力学理论的基本原理、研究验证的演进历史、技术应用的最新成果……
“日常生活中,一只猫要么是死,要么是活。根据量子叠加原理,一只量子世界的猫,却可以同处‘活’和‘死’两种状态的相干叠加……量子叠加扩展到两个粒子,就会出现量子纠缠现象。量子世界的两只猫,甚至可以处于‘死死’和‘活活’的相干叠加中。如果测量其中一只猫的状态,发现它‘活’着,那另一只猫就会立即塌缩到‘活’的状态,不论它们相隔多么遥远。爱因斯坦称之为‘遥远距离的诡异互动’?!庇昧街弧懊ā蔽嗽菏慷粤孔油ㄐ抛钗〉牧孔拥?、量子纠缠等概念的科普很解渴。
“假如我从合肥到上海带了一件礼物放在箱子里,但不巧我忘带钥匙了。在经典物理学中,我可以打电话给合肥同事,把钥匙扫描发给我,也就是对钥匙进行测量,我另配一把钥匙打开箱子。
但如果这是一把‘量子钥匙’,根据量子不可克隆定理,对单个未知量子态进行测量,无法获得这个状态的完整信息,就只能将钥匙的量子态本身从合肥传送到上海。我们知道,量子态非常脆弱,传输通道各种不可避免的噪声都会将之摧毁。怎么办呢?根据 Bennett 等1993年的方案,利用量子隐形传态,可以将粒子未知的量子态传送到遥远地点的另一个粒子上,而不用传送这个粒子本身……”这把“钥匙”,顿时让“量子隐形传态”生动起来。
简单地说,不论量子通信还是量子计算,目前和日常生活还没啥关系——碰上推销什么量子工具、量子补药的,千万别信。墨子号量子通讯卫星的发射,连接北京、济南、合肥、上海,全长2000余公里的全球首个远距离量子干线“京沪干线”的建成,主要应用在金融、政务、国防、电子信息等重要领域的保密通信。但远期则和我们每个人的信息安全都有关系:手机里有了量子保密芯片,语音通话、金融转账、信息传输等涉密操作,就不用担心被窃听、盗用或攻击了。
20年执着“追爱”,逆转“伪科学”,当上“领跑者”
潘建伟院士在实验室 (中国科技大学提供)
对于像东姐这种视物理为畏途的文科生来说,量子学说,简直天方夜谭。潘建伟经常做的科普讲座,让东姐也初窥门径。通篇打比方、讲故事,消解各种公式、原理带来的障碍。一说到量子研究,他总是充满激情。
这种努力,很可能与他多年面临不理解和质疑有关。
潘院士在中科大读本科、硕士时接触量子物理。1997年,他在奥地利因斯布鲁克大学攻读博士,作为第二作者的论文“实验量子隐形传态”在《自然》发表,即被《科学》杂志评为年度全球十大科技进展、入选 《自然》百年21篇经典论文。此后,他和同事共同完成量子技术实验的多个国际“第一次”。
2001年,潘建伟回国组建量子信息实验室。国内对之了解甚少,有人质疑其为“伪科学”,说潘建伟“假回国、真骗钱”,至今百度“潘建伟”,还能看到所谓“伪科学”风波。
对于质疑,潘建伟鲜有辩白,只是紧锣密鼓派学生到国际顶尖实验室学习、组建团队,埋头苦干。过去20年里,他带领团队的科研成果不断登上《自然》、《科学》、《物理评论快报》等权威期刊。用美国马里兰大学量子物理学家门罗的说法:“每次看到他们的研究进展,都会震撼?!?/p>
2011年,潘建伟当选中科院院士,是当时最年轻的“70”后院士。
潘建伟院士在实验室工作 (中国科技大学提供)
不光量子通信技术全球领先,量子计算也表现出色。他们的光量子计算机原型机的“玻色取样”速度比国际同行快至少2.4万倍,比人类第一台电子管计算机和第一台晶体管计算机快10倍至100倍,成为第一台超越早期经典计算机的基于单光子的量子模拟机。
在2017未来科学大奖颁奖典礼发表获奖感言时,潘建伟感谢了家人、妻子,还少见地用当年追爱经历,来证明锲而不舍、走向成功的“奥秘”和强大自信:“为了娶我的高中同学为妻,我从17岁开始努力,花了将近9年,她终于答应我。这么难的事我都能做成,我有信心做成世界上任何事!”
大国崛起,成为创新“领跑”新动能
中国科技大学上海研究院经常举办的“墨子沙龙”,很受欢迎 (来自网络)
在潘建伟看来,对量子通信技术的质疑,源自不自信:这个研究美国有没有在做?如果他们没做,就不靠谱。国人更习惯跟进、模仿。
“当年杨振宁和李政道证明中国人在国外可以做很好的科学,我们证明了中国人在国内也可以做很好的科学?!迸私ㄎ八?。
2016年8月16日,我国在酒泉用长征二号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空。在未来,发射更多的量子通信卫星来构建“量子星座”也在计划之中。潘建伟团队还计划结合中国未来的登月项目,建立地球和月球之间的量子纠缠,从而对量子力学的非定域性做出一个“终极的”回答。
有了“墨子号”,潘建伟团队遥遥领先的还有量子互联网——即由卫星和地面设备组成的网络,可实现在全球共享量子信息。量子通信是需要科学与工程技术紧密结合的大项目,惟有经济实力雄厚的大国才能玩得转。潘建伟很幸运,他的研究与中国“强起来”神同步。
潘建伟与其科研团队 (中国科技大学提供)
潘建伟把量子研究突飞猛进归功于中国“集中力量办大事”的优势。他以“墨子号”为例,中科院上海技术物理研究所、微小卫星创新研究院、光电技术研究所、国家天文台、紫金山天文台、国家空间科学中心等科研机构都加入技术攻关。国家支持,地方政府、企业也积极参与、协同创新。他多次提到,团队在上海得到中科院、上海市科委、大张江管委会、浦东新区等多方支持。
量子科技正进入深化突破、快速发展阶段。“今后五年,会看到更多令人欢欣鼓舞的成果。这是一个全新的时代?!?/p>
潘建伟预言。(人民日报中央厨房·大江东工作室 姜泓冰)