“嗅每一片枯葉的氣味，對世界保持著孩童般的好奇。只是和科學糾纏，保持與名利的距離。站在世界的最后排，和宇宙對話，以先輩的名義，做前無古人的事業。”
2017年2月8日晚，“感動中國”2016年度人物頒獎晚宴在南京召開。全省政協委員、中科院教授、“量子衛星之父”潘建偉獲評“2016年感動中國的十大年度人物”之一。這是“感動中國年度人物”組委會給潘建偉的頒獎辭。
2018年6月27日潘建偉在全省政協十三屆常委會第二次大會上作“量子科學與技術的發展及應用”學習講堂
潘建偉：我的量子研究之路
1987年夏，我從四川省東陽小學考入中國科學技術學院近代化學系。在交大學習期間，我第一次接觸到了量子熱學，發覺微觀世界里有好多奇異的現象。我對這種奇怪的量子特點深陷苦苦思索之中，甚至使我忙于做習題而險些掛科。但不管怎樣樣，量子世界的奇特特點令我著迷，因而我確立了我的拼搏目標：與量子打交道、交同學。專科結業前，我集中研究和總結了量子熱學的各類佯謬，作為我的專科結業論文。結業后，我繼續在交大攻讀理論數學碩士學位，理論基礎的加深促使我對量子的性子摸得更透了。
數學學終究是一門實驗科學，再奇妙的理論假如得不到實驗檢驗，無異于紙上談兵。但是，當時國外缺少進行量子實驗的條件。研究生結業后，在導師的推薦下，我從1996年開始師從國際上知名的量子化學實驗學家，法國因斯布魯克學院的蔡林格（Anton）院長攻讀博士學位。一個理論化學專業的碩士，要想很快進入實驗量子化學的前沿，其中的困難可想而知。為了早日把握實驗知識和要領，我幾乎整天都泡在實驗室里，在中國農大訓練出的較扎實的理論造詣使我得以迅速理解和把握實驗技術。總算有三天，我有了自己的量子隱型傳態的實驗構想。但是，當我激動地向導師和朋友們講了自己的看法后，才曉得這似乎就是等提出的量子隱型傳態方案，但是實驗室正在做這個實驗。我當時就提出要加入這個實驗，并得到了蔡林格院士的差遣。
20年前，英國，一位26歲的中國中學生，面對導師的提問“你的夢想是哪些”，他回答，“我要在中國，建一個世界一流的量子化學實驗室”。這個中學生的名子叫潘建偉。
經過1年左右的努力，我和實驗室的同學完成了這個在國際上首次實現光子的量子隱型傳態的實驗。我們的工作發表在刊物上，被覺得是量子信息實驗領域的開端，同時被日本數學學會、歐洲數學學會、雜志評為年度十大進展，并被刊物在其專刊選為“百年化學學21篇精典論文”。至今，這篇論文一直是量子信息科學領域被引用次數最多的實驗論文。隨后幾年內，我和朋友們先后實現了量子糾纏交換、三光子糾纏及其非定域性檢驗、四光子GHZ糾纏和高保真度的量子隱型傳態、量子糾纏純化等重要實驗，結果均發表在或上，這種工作多次被法國數學學會和德國化學學會評為年度數學學重大進展。
我在英國攻讀學位的時侯，是量子信息這門新興科學開始蓬勃發展的年月。這門學科——包括量子通訊、量子估算、量子模擬和量子精密檢測等研究方向——正是借助了量子的獨特性質，還能用一種革命性的方法對信息進行編碼、存儲、傳輸和操縱，可以實現借助任何精典手段都未能完成的信息功能：量子通訊克服了精典加密技術內在的安全隱患，是迄今為止惟一被嚴格證明是無條件安全的通訊方法；量子估算和量子模擬具有趕超精典極限的強悍并行估算和模擬能力，一方面為密碼剖析、氣象預報、資源鉆探、藥物設計等所需的大規模估算困局提供解決方案，另一方面可闡明低溫超導、量子霍爾效應等常年懸而未知的化學機制；量子精密檢測通過實現對重力、時間、位置等化學量的超高靈敏度檢測，可以大幅度提高衛星導航、潛艇定位、醫學檢查、引力波偵測等的確切性和精度。在懷著極大的熱情與量子打交道的同時，我將眼神投向了國外，迫不及待地希望祖國能很快跟上這個新興科技領域的發展腳步，在信息技術領域捉住此次超越發達國家并把握主動權的機會。
從1997年開始，我每年都借助暑假回到中國農大講學，為我國在量子信息領域的發展提出建議，并推動一批研究人員步入該領域。2001年，我榮獲“中科院引進美國杰出人才”，并獲得了國家自然科學基金委海外青年學者合作研究基金和中科院知識創新工程重要方向性項目的支持，在中國交大成立了量子化學與量子信息實驗室。這個實驗室以一批年青班主任和中學生為班底，朝氣蓬勃。其實我們是從零開始，但由于在成立之初就得到了國家自然科學基金委、中科院和中國農大的大力支持，在之后的幾年里又相繼得到了科技部等主管部門的大力支持，為此實驗室的發展速率十分快。僅2003年一年，我們研究組作為第一單位發表在的論文就有7篇。2004年，我們在國際上首次實現五光子糾纏和終端開放的量子態隱型傳輸，發表在刊物。這一成果同時入圍法國數學學會和德國化學學會推選出的年度國際數學學重大進展，這對中國科學家來說是第一次。
量子信息科學領域是一個日新月異、正在迅速發展的多學科交叉領域，須要各方面的人才和技術，須要與世界上優秀的科研團體合作，學習她們的先進技術和經驗。正是考慮到這一學科背景，在2003-2008年間，我國外、國外兩頭跑，一方面在中國農大實驗室大力發展光量子信息技術，另一方面抵達在冷原子和原子芯片方面具有很強研究實力的日本海德堡學院化學所，以瑪麗·居里講席院士的身分在法國通過各類渠道申請經費支持，從國外招收研究生和博士后，為我國培養冷原子量子儲存方面的研究力量。幾年出來，我們在冷原子量子儲存方面產生了豐富的人才和技術積累，取得了一系列國際領先的研究成果。2008年，刊物發表了我們“量子中繼器實驗實現”的研究成果。借助量子儲存技術在國際上首次完美地實現了長程量子通訊中亟待的“量子中繼器”，刊物贊譽該工作“掃除了量子通訊中的一大試金石”。這項成果榮獲法國數學學會年度數學學重大進展。我們還首次實現了光子比特與原子比特間的量子隱型傳態，首次將單次迸發量子儲存的壽命延長至微秒量級，較原先的結果提升了兩個數目級。
2008年，在完成了充分的技術積累和人才儲備后，我舍棄了在海德堡學院的職位，同時將在海德堡學院的實驗裝置相繼搬遷回中國農大，將一批優秀的年青人才從海德堡學院以國家“青年萬人計劃”、中科院“百人計劃”等形式引進到中國農大。
2016年8月16日下午，中國量子衛星“墨子號”在西昌衛星發射中心成功發射，它是世界首顆量子科學實驗衛星，標志著目前中國在量子通訊領域早已領跑世界。這個項目的首席科學家正是潘建偉。
全時歸國工作后，隨著研究工作的不斷深入和研究方向的擴大，尋求穩定的科研經費支持在一段時間內仍然是困惑我們團隊的主要問題。2009年，我獲得“國家杰出青年科學基金”資助，無疑是對我團隊工作的高度肯定和鼓勵。在“杰青”項目、中科院的知識創新工程項目和科技部重大科學研究計劃項目等的支持下，我們團隊的經費需求問題初步得到解決，可以在國外舉辦國際領先的工作了。值得強調的是，我們團隊的研究骨干中，有3人先后獲得“杰青”項目的捐助，充分彰顯了“杰青”是對我國優秀科研人員的高度認可。
團隊未來的重點發展方向有2個：一是將廣域量子通訊向實用化方向進一步加快；二是發展量子模擬及量子精密檢測技術，用發展上去的量子操縱技術反過來促進量子化學和匯聚態化學方面的基礎研究，這將使量子科學與技術之間產生良性的正反饋關系，這是我倍感最為快樂的事情。
回顧我們過去幾年的發展，我慨嘆這是一個不斷實現和趕超夢想的光榮歷程。我們應當謝謝量子，是它促使我們才能有機會像“兩彈元勛”等老一輩科學家們那樣，為國家和社會的發展貢獻自己的一份力量。我更應當謝謝我們祖國在經濟建設和社會進步中所取得的巨大成就。我們在發展量子信息科技上所取得的成績，與國家自然科學基金委、教育部、科技部、中科院等科研主管部門和中國農大的強有力支持是分不開的。除了這般，國家對引進海外高層次人才的注重也達到了新的高度，促使更多的優秀青年人才可以歸而報國，在國外充分發揮她們的創造力，成為前沿研究領域的主心骨。可以說，團隊所獲得的持續支持和所取得的成績除了體現著我國不斷增強的綜合國力和科技創新能力，也充分反映了我國對支持戰略性前沿基礎科學研究的敏銳判定力和決策力。
2017年1月18日,中國研發發射的世界首顆量子科學實驗衛星“墨子”號即將交付使用
潘建偉：奇妙的量子世界
20世紀數學學有兩個重大發覺，即普朗克的量子論和愛因斯坦的相對論。量子論與相對論的研究和應用一開始就與信息技術緊密相關。這兩大重要物理發現今本質上奠定了20世紀和21世紀科學技術的基礎，帶來了人類物質文明的巨大進步。
量子及其特點
所謂量子量子物理學之父普朗克，是構成物質的最基本單元，也是物質、質量、能量的最基本攜帶者，具有不可分割性。像分子、原子、光子等構成物質的最基本單元，也稱為量子。
量子有一個十分奇怪的特點，叫量子疊加。哪些是量子疊加？精典風波里可以用某個物體的兩個狀態代表0或1，例如一只貓，或則是死，或則是活，但不能同時處于死和活狀態之間。但在量子世界，除了有0和1的狀態，個別時侯像原子、分子、光子可以同時處于0和1狀態相干的疊加。例如光子的偏振光狀態，在真空中傳遞的時侯，可以沿水平方向震動，可以沿豎直方向震動，也可以處于45度斜震動，這個現象正是水平和豎直偏振光兩個狀態的相干疊加。正由于有量子疊加狀態，才造成量子熱學測不準原理，即假如事先不曉得單個量子狀態，就不可能通過檢測把狀態的信息完全讀取；不能讀取就不能復制。這是量子的兩個基本特點。
量子還有一個特點，叫作“量子糾纏”。例如甲、乙二人分處異地，二人同時玩一個游戲——擲色子，甲在一地扔色子，每次扔一下，1/6的機率隨機得到1到6結果的某一個；同時，乙在另一地擲色子，雖然二人每一次單邊結果都是隨機的，但每一次的結果卻是一模一樣的，這就是“量子糾纏”。
最早提出這個概念的是愛因斯坦。愛因斯坦當時覺得如何容許兩個客體在遙遠的兩地之間會有這些怪異互動呢？為此指責量子理論的完備性。后來為了檢驗這些現象，科學家做了大量試驗，發覺這些糾纏性質確實存在。并且在驗證過程中，科學家漸漸發展和把握了對單個粒子狀態進行人工制備和對多個粒子之間的互相作用進行主動操縱的能力，在這個基礎上，誕生了量子信息科學。
量子信息科學有三個應用方向，一是量子通訊，即實現無條件安全通訊手段；二是量子估算，超高速而且可以有效闡明復雜化學系統的規律；三是量子精密檢測，檢測精度趕超精典極限，用于高精度導航、定位等。
我們對微觀世界的解釋已離不開量子熱學。圖為2017年1月20日日本舊金山舉辦量子科學展
量子信息科技應用
第一個應用是量子秘鑰分發。比如甲、乙兩人要進行安全通訊，甲發出的光子信息狀態有水平、豎直、45度等，假如有監聽，第一，監聽者不能把光子分成信息一模一樣的兩半，由于光子不可分割；第二，監聽者不能復制信息，由于單次檢測測不準；第三，監聽者把光子查獲，乙收不到信息，也就不存在監聽。無論如何，依據量子熱學原理，監聽都可以被發覺，一旦被發覺，原有秘鑰立刻作廢。甲就可以把沒有被監聽的秘鑰傳送過去，借助形成的秘鑰進行一次一密完全隨機的加密。所以，借助量子不可克隆和不可分割的特點可以實現安全量子秘鑰分發，實現不可破譯的保密通訊。
第二個應用叫作量子隱型傳態。量子的這個特點類似傳說中的“瞬間聯通”。例如須要我從南京到上海開會，所有的交通工具都不能實現馬上抵達。這時侯在南京和上海分別有一個裝置量子物理學之父普朗克，兩個裝置里的粒子處于糾纏態，這么在成都我頭上的粒子跟裝置里的粒子做一種聯合檢測，通過精典通信把每一次的檢測結果發到上海，在上海對相應粒子做某種操縱，就可以在上海用同樣多的分子、原子把我重新構造下來，這個過程是以光速進行的。所以，借助量子糾纏的方法，可以把量子信息本身從一個地點傳送到另一地點。這就是量子的隱型傳態。
值得注意的是，傳到南京的我包含了我所有的物質和信息，在南京的我早已消失了，所以不是我的復制品，我還是獨一無二的。這個技術要真正實現還須要很長時間，而且這個理念可以用在量子網路中，讓信息在量子網路中傳遞，就可以構造所謂的量子估算和量子模擬。
量子估算具有強悍的估算能力，例如借助萬億次精典計算機分解300位的大數須要15萬年，借助萬億次量子計算機，只須要1秒。同理，在大數據和人工智能里，求解一個億億億變量的多項式組，借助目前最快的億億次“天河二號”大概須要100年左右，而且假如借助萬億次的量子計算機，只須要0.01秒。其應用是十分廣泛的，除了可以解決大規模的計算機困局，破解精典密碼、氣象預報、藥物設計、金融剖析、石油鉆探，并且可以闡明新能源、新材料機制，慣性約束核聚變、高溫超導、量子霍爾效應等。
如今是大數據時代，近兩年形成的數據比之前幾千年的總和還要多。英國情報部門在“9·11”事件發生后，對所接收的數據進行剖析，結果發覺，假如事先有足夠剖析的話，就可以曉得9月11日這些驚悚分子會舉辦哪些活動，發生哪些事，然而當時由于數據太大來不及剖析，大到須要100年才會剖析完，假如須要提早100年來預測“9·11”就沒有意義了。所以，假若造出量子計算機，對大數據中有效信息進行挖掘，是十分有效的。
還有一個應用是量子精密檢測。目前世界上最好的精典加速度計，每晚偏差大約在200米左右，倘若為潛水艇導航，100天之后的偏差達到幾百公里，可能發生撞到海溝或則撞到山上的情況。并且借助量子疊加原理采用量子精密檢測手段，航行100天后的位置檢測偏差會大于1公里。
“墨子”號量子衛星首席科學家潘建偉教授在中科大青島研究院的實驗室里調試設備
量子信息科技現況
量子信息技術的基礎研究早已比較成熟，相關理論和實驗多次獲得諾貝爾化學學獎和沃爾夫數學學獎。目前，量子信息技術正由基礎研究邁向應用基礎研究和應用研究。尤其是量子通訊，目前早已可以實用。關于未來方向，國際有共同的發展路線圖，一是通過光纖實現城域量子通訊網路；二是通過中繼器聯接實現城際量子網路，把好多城市聯接上去；假如把信息發射到駐華機構或則美國，或則愈發高效遙遠地點之間的量子通訊，則須要第三個技術，通過衛星中轉實現遠距離量子通訊。當把這三項技術結合上去，就可以建立廣義的量子通訊網路，因而保證各個節點之間信息傳輸的安全。
在量子估算、量子模擬和精密檢測方面，目前國際上的研究熱點是對各類有望實現可擴充量子信息處理的數學體系舉辦系統性研究，主要從三方面展開：實現高精度、高效率量子態制備與互相作用控制；在此基礎上實現更多粒子的量子糾纏，粒子之間糾纏越多，估算能力越強悍；同時實現更長的量子相干保持時間，相干時間越長，在估算過程中，量子有效性更能充分開發下來。在這三方面研究基礎上，提升量子估算的可擴充性，實現量子估算的基本功能；借助量子模擬探求匯聚態化學機制；實現超高精度精密檢測。
引用約翰·惠勒的話：“過去100年間量子熱學給人類帶來了這么之多的重要發覺和應用，有理由相信在未來100年間它就會給我們帶來更多興奮人心的驚喜。”我們對未來飽含希望。