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“70后”潘建伟:与量子“纠缠”20年

发布时间: 2022-10-30 10:55:03 来源:网友投稿


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“中国量子之父”

中国之所以能在量子科学领域“领跑”世界,得益于我们有一支平均年龄仅36岁的量子“梦之队”。潘建伟是中国量子“梦之队”当之无愧的“领队”

2016年8月16日北京时间凌晨1时40分,全球首颗量子科学实验卫星“墨子”号在中国酒泉卫星发射中心成功发射,标志着中国在量子通信领域全面领先。而中国之所以能在量子科学领域领跑世界,得益于我们有一支平均年龄仅36岁的量子“梦之队”。

“墨子号”发射升空的这一刻,全球科学界的目光都落在了46岁的量子卫星首席科学家、中国科学院院士潘建伟身上。他是这个项目的核心人物,是中国量子“梦之队”当之无愧的“领队”,正是他的积极推动使中国在量子科学领域有了立足之地。

潘建伟,1970年生于浙江东阳,1992年到1995年在中国科学技术大学先后获学士、硕士学位,1999年获奥地利维也纳大學博士学位,2001年回国任教,现为中国科学技术大学常务副校长、“墨子号”量子科学实验卫星和“京沪干线”量子通信网络首席科学家。

中国最年轻的院士

作为世界知名的科学家,潘建伟的研究方向是量子信息。27岁,他的科研成果入选“年度全球十大科技进展”;31岁,他毅然离开国际顶尖的量子研究单位回国组建自己的实验室。由于组建之初缺乏人才和硬件支撑,潘建伟只能国内国外两边跑,不断地前往欧洲“取经”送回国内实验室。

“开始我们根本买不起实验设备,也不知道需要哪些设备,只能模仿国外实验室。我还记得我每天夜里都呆在车里,和国内的实验室通话,一项项讨论细节,电话卡都积累了厚厚一摞。”潘建伟说。同时,他陆续送出十几名学生出国进行针对性学习。潘建伟的导师也多次来到中国,希望与弟子开展合作:“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。”

2011年底,41岁的潘建伟当选中科院院士,成为目前中国两院院士中最年轻的一位。在国家的大力支持下,潘建伟领导的团队开始从跟随者成为领航者。

2004年,潘建伟领导的团队首次实现五光子纠缠和终端开放的量子态隐形传输;2008年,他们在安徽合肥建立了世界上第一个光量子电话网;2012年和2014年,分别建成了国际上规模最大的量子通信网络“合肥城域量子通信试验示范网”和“济南量子通信试验网”;2016年底前,千公里光纤量子通信骨干网工程“京沪干线”项目交付,推动了量子通信技术在国防、政务、金融等领域的应用。

“我很爱科学,也很爱这个国家,这两者合二为一,是一件很自然的事情。”潘建伟说,“我的梦想就是沿着这条路走下去,尽力把量子信息做到极致。”

中国老一辈科学家的家国情怀,值得永远去追念和学习

从浙江东阳的农村娃,到“墨子号”量子科学实验卫星和“京沪干线”量子通信网络首席科学家,潘建伟一路走来,深感不易,心怀感恩。这份不易不仅有关于自己的人生经历,更有关于中国科技的发展和普及。以下为潘建伟口述。

有的同事说很羡慕我,因为我组里的人不管出(国)去了多少,最后都回来了。对于科学家来说,出国留学、工作也不是什么新鲜事,关键是出国的目的是什么。我是1987年考入中国科学技术大学近代物理系的,本科时接触到了量子力学。从一开始,我就被量子力学给搞糊涂了。像量子叠加、量子纠缠的问题,当时我觉得是不应该发生的,有一次期中考试还因此差点儿没及格。要搞清楚这类问题必须通过实验,但当时国内还不具备这个条件,所以没办法,1996年我硕士毕业后就选择了出国留学,到奥地利攻读博士学位。

那年国庆节之后,我先到维也纳,然后转火车去因斯布鲁克。到了之后,我把行李一扔就跑到导师塞林格的办公室里。他的办公室窗外就是阿尔卑斯山,景色很美。他问我:“你的梦想是什么?”我也不知道自己当时是想好了还是没想好,反正张口就说:“我将来就想在中国建一个世界一流的量子光学实验室。”他点点头,说很好啊。从1997年开始,留学期间,我每年都趁着假期回中国科学技术大学讲学,提一些量子信息领域的发展建议,也尽力带动一些研究人员进入这个领域。

现在回想起来,我当初出国的目的就是把那些问题搞清楚,然后更好地回来工作。所以2001年的时候,我就回国在中国科学技术大学组建了物理与量子信息实验室。

在我们自己的研究院,也就是中国科学院量子信息与量子科技创新研究院门厅入口的墙壁上,刻着一段话:“回想自己的一生,经历过许多坎坷,唯一的希望就是祖国繁荣昌盛,科学发达。我们已经尽了自己的力量,但国家尚未摆脱贫困与落后,尚需当今与后世无私的有为青年再接再厉,继续努力。”这是核物理学家赵忠尧前辈的话,我和同事们进进出出总能看到。赵忠尧先生早年曾在欧美留学、工作,1950年顶着美国的政治压力回国,后来担任了中国科学技术大学近代物理系首任系主任,为新中国的科学发展作出了巨大的贡献。

老一辈科学家对国家、民族的感情,一直以来对我的影响都很大。1999年我还在国外,赶上国庆50周年。在中国驻奥地利大使馆,我看了一部有关两弹一星元勋的纪录片,里面讲到物理学家郭永怀的故事。1968年,郭永怀在青海试验基地发现了一个重要的线索,乘机赶回北京汇报,没想到飞机失事了。飞机坠落前,他和自己的警卫员紧紧抱在一起,中间夹着装了数据资料的公文包。出事后,他们的遗体都被烧焦了,人们费了好大劲才把遗体分开,然后发现了完好无损的公文包。对他们来说,数据比生命更重要。这段故事令我终生难忘。没有这些老一辈的科学家,就没有两弹一星,也就没有我们中国的大国地位。

还有理论物理学家贺贤土,也对中国核武器发展的贡献很大。原子弹、氢弹爆炸成功的时候,他的单位在北京花园街一带。爆炸成功的第二天早上,他们从单位出来一看,门口的地上有很多人写的字:“人民感谢你们”“你们为祖国争光了”……贺贤土先生说,看到地上那些字,感觉所有的艰辛和困难都无所谓了。

科学家应该有一份家国情怀。中国老一辈科学家钱伟长、赵忠尧和郭永怀等人的家国情怀,值得我们永远去追念和学习。

潘建伟和他的量子“梦之队”

2016年1月8日,人民大会堂。潘建伟接过颁给“多光子纠缠和干涉度量学”的红皮证书——“最具含金量”的国家自然科学奖一等奖。41岁成为“最年轻中科院院士”的他,以45岁之龄,领衔中科大微尺度物质科学国家实验室五人团队,刷新中国自然科学领域最高奖的“最年轻获奖者”纪录。

位列项目第三、第四完成人的陈宇翱、陆朝阳则是“80后”,两人都曾是潘建伟在中科大带的研究生,获奖当年分别是34岁和33岁,5年前便入选首批“青年千人计划”,成为教授。师徒3人先后于2005、2013、2017年斩获欧洲物理学会菲涅尔奖。该奖每两年颁一次,作为量子电子学和量子光学领域青年科学家的最高荣誉,专门奖励35岁以下的佼佼者。

潘建伟用他的学术成就和人格魅力,吸引着一个个“小伙伴”加入量子“梦之队”。

“‘墨子’号的实验是对量子力学既有理论的一次检验。”潘建伟团队成员、中科院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心教授陆朝阳如是说,他是量子“梦之队”中的“前锋”。他曾与潘建伟一起完成过量子隐形传态方面的开拓性工作,以量子纠缠研究而闻名。维也纳量子科学与技术中心的量子物理学家安东·蔡林格将他称作光子纠缠“鬼才”。

在浙江省的一个小村庄上学时,陆朝阳就爱上了物理学。他说:“你能通过几行简单的公式理解世间万物是如何运作的。”2000年,他考入中国科技大学物理系,本打算本科毕业后就读本校微电子专业研究生,但这个计划在2003年秋天遇见潘建伟后改变。

陆朝阳回忆起10多年前的那场邂逅:“2003年秋天的一场同乡会上,潘老师把我引进了量子世界。他当时在量子物理和量子信息研究领域已成绩斐然。原本我2004年本科毕业后可以被保送到微电子专业读研,这次见面后,我改了志愿,开始了光子纠缠和量子计算方面的研究。”

2004年本科毕业之后,陆朝阳被保送至合肥微尺度物质科学国家实验室量子物理和量子信息研究部,师从潘建伟开展光子纠缠和量子计算方面的研究。

2008年,陆朝阳受英国政府奖学金和剑桥海外基金资助,进入剑桥大学卡文迪许实验室转向量子点单光子源和电子自旋操纵方面的研究。回国后,时年28岁的陆朝阳成为中国科技大学最年轻的正教授之一。

在陸朝阳看来:“量子技术方面的科技竞争激烈异常,我们不能有丝毫的松懈。”他将科研融入血液,不管是在办公室还是在走路、坐车、洗澡,随时思索科研问题。这个瘦削、低调的年轻人未来的目标很简单,那就是把量子信息技术做大做强,真正为国家所用。

梦想感召赤子。潘建伟身上那种对祖国的热爱无形中成为一种感召力,被送去国外学习的学生,最后都会回来。现年38岁的陈宇翱就是其中之一。“2009年的国庆节前,我在国外,潘老师给我发了条短信:宇翱,我正在人民大会堂看《复兴之路》,感触良多!甚望你能努力学习提升自己,早日学成归国为民族复兴、科大复兴尽力!”当时正在做实验的陈宇翱,读完短信,恨不得扔下手里的活马上回国。陈宇翱的手机里至今仍珍藏着这条短信。

回国后的陈宇翱,与其他“小伙伴”们一起,在潘建伟的带领下,在量子世界里取得了一个又一个研究成果,并最终站在了国家科技奖励的领奖台上。

陈宇翱,17岁摘得国际中学生物理奥林匹克竞赛金牌,22岁与同事一起创立了世界上首个五光子纠缠实验平台。陈宇翱可以说是中国量子“梦之队”的坚强“后卫”,正是有了他于2012年首次成功实现百公里量级的自由空间量子隐形传态和纠缠分发,才为2016年的“墨子”号发射量子实验卫星奠定了技术基础。

正是有了陈宇翱这样在量子世界巅峰不断攀爬挺进的青年科学家,才让中国在实现量子通信的长跑竞赛中成为“第一方阵”选手。

谈及自己在量子领域的梦想,陈宇翱说:“有一天,我手中要操纵上万个原子,而且每一个会精准地按照我的意志排列,形成不同的晶体格式,这样的话,复杂的量子模拟和量子计算就得以形成。我希望未来能够在中国建设世界领先的量子物理中心,我们朝着这个梦想已经付出了也将继续付出比别人更多的努力。”

目前的陈宇翱,生活就像定好了的时钟:早餐后,来到办公室开始一天的工作,午饭和晚饭是他和家人相聚的时间,晚上8时,他带着笔记本电脑回到家里,继续工作到深夜。“物理学家的平均工作时间是12小时,我很享受这种工作状态。”陈宇翱微笑着说。

英国《新科学家》杂志曾在“中国崛起”特刊中评价道:“潘建伟和他的同事使得中国科学技术大学——因而也使整个中国——牢牢地在量子计算的世界地图上占据了一席之地。”

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