10月4日，2022年諾貝爾化學獎揭曉。 美國科學家阿蘭·阿斯珀（Alain Asper）、美國科學家約翰·克勞斯（John ）和奧地利科學家安東·塞林格（Anton ）獲得了巨大成就。 這三天，與這三個名字一起被媒體頻繁提及的還有一個人。 他就是潘建偉，中國科學技術大學教授。 他被認為是最接近諾貝爾化學獎的華人。
此次三位科學家獲勝的關鍵詞是量子糾纏。
簡單理解，量子糾纏是兩個微觀量子在一定條件下分離的現象，即使一個量子的狀態發生變化，另一個量子的狀態也會瞬間發生變化。
量子糾纏是量子熱學中最具爭議性的問題之一，三位科學家最重要的貢獻就是利用不同的實驗方法驗證了量子糾纏理論的正確性。
雖然相關實驗早在20世紀80年代就已經完成，但諾貝爾獎直到明天才授予量子熱科學的一個重要原因是來自中國的兩個重要應用場景的推進：一是2016年中國“墨子”量子熱科學的推出一個是科學衛星，另一個是2020年中國“九章”量子計算機的出現。后者將使未來人類通信絕對安全，并廣泛應用于國防、金融、商業、民生等領域。 前者可以在幾秒鐘內完成當前計算機數百年才能完成的計算量，并廣泛應用于新藥研發、應對氣候變化、自動駕駛等領域將大顯身手。
測量時代正在加速到來，人類將經歷一場全面的革命。
《墨子》和《九章》的總設計師是潘建偉。
此次獲得諾貝爾獎的安東·塞林格院長是潘建偉的博士生導師。 潘建偉是評獎委員會提到的安東·塞林格研究工作中最重要的參與者之一。 一開始，塞林格多次做潘建偉的工作，要求他留在美國。 許多西方國家也伸出了橄欖枝。 潘建偉的回答是：“我愛科學，但我更愛我的祖國！”
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01
為中國科學家的貢獻感到自豪
10月4日上午，諾貝爾化學獎揭曉期間，潘建偉團隊的“墨子”出現在PPT中。 在評獎委員會提及的安東·塞林格的四篇量子通信實驗文章中，潘建偉是兩篇文章的第一作者和兩篇文章的第二作者。 同時，評獎委員會還提到了另外三篇文章，這些文章都是由以潘建偉為首的中國科學家獨立完成的。
潘建偉昨晚在網絡直播中表示，對于這次諾貝爾獎他感到非常高興和高興。 早在2010年三位科學家獲得沃爾夫數學獎時，這個領域還處于實驗室階段，很難走出實驗室。 現在他們獲得了諾貝爾獎，一方面他們非常高興，但另一方面這對他們來說也是一份遲來的榮譽。
“我們對這個過程感到非常自豪。比如我的導師所做的一些基礎性實驗，我也是主要貢獻者之一。我也談到了我們中國科學家的很多工作，這些工作促進了整個領域，所以我也感到非常高興，非常自豪。” 潘建偉說道。
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02
立志打造國內一流實驗室
潘建偉1970年出生在湖南省東陽市的一個小村莊，盡管出生在農村，但他仍然是“別人家的女兒”，學習成績優異。 1987年，潘建偉考入中國科學技術大學。 在選擇物理或化學專業時，小學老師魏國慶告訴他，數學完全依賴于自由思想的創造。 很大程度上，它就像一個智力游戲，你體驗新鮮活潑，對事物敏感，善于發現規律，更適合學習數學。 潘建偉聽從了老師的建議。
開學第三天，他讀了《愛因斯坦選集》的后記。 他說：“那是一種天籟之音，量子測溫所預言的各種怪異現象，以及量子熱成像誕生一百年來給人類物質文明進步帶來的巨大變化，讓我恍然大悟。”對量子化學著迷。” 一篇文章改變了潘建偉，探索量子世界的各種奇妙現象成為他畢生的目標。 他曾對中國科學技術大學老院長朱慶時說：“只要我能弄清楚量子糾纏為什么存在，我馬上就可以死，沒問題。但現在我還是想不通。”明白了，所以我只是想活得更長久。我想弄清楚。”
潘建偉上大學時，宿舍墻上掛著一張愛因斯坦的照片。 當人們問他最崇拜誰時，他毫不猶豫地說是愛因斯坦。 1996年，26歲的潘建偉赴法國維也納科學院攻讀博士學位。 他原本選擇的導師是一位諾貝爾獎得主，但最終卻選了諾貝爾獎得主的弟子安東·塞林格院士。
潘建偉博士生導師、院長Anton
塞林格當時只是一名普通院士，潘建偉覺得他學識淵博，在量子熱科學這一新興學科上有更大的潛力。 他告訴父親，他要選擇正確的方向和正確的導師。 他出國并不是為了出國，而是為了把最先進的技術學回來。 他知道他的導師在做什么，也知道他想學什么。
第一次見到塞林格，潘建偉就被導師坐在沙發上舉起，問“他的夢想是什么？” 他的回答是“在中國建設世界一流的量子實驗室”。 剛進入塞林格院士門下攻讀博士學位時，他腦子里還在醞釀量子態隱形傳輸的實驗計劃。 當發現另一個小組正在策劃這個實驗時，潘建偉主動加入了實驗組。
1997年，該小組在互聯網上發表了一篇題為“實驗量子隱形傳態”（ ）的論文。 當時，27歲的潘建偉是第二作者。 該論文被《科學》雜志評為1997年世界十大科技進展之一。 與《愛因斯坦相對論的建構》一起被《自然》雜志評選為：“百年化學21篇經典論文”。 在這21篇論文中，前20篇論文已經獲得諾貝爾獎，這是第21篇論文，明年也將獲得諾貝爾獎。
跟隨塞林格學習多年的潘建偉非常欽佩導師前瞻性的科學眼光。 早在1996年中國量子物理第一人，塞林格就牽頭啟動了歐洲共同體發起的第一個量子信息項目。 當時，這一領域還沒有得到全球的認可。 被廣泛接受。
同時，塞林格對中學生意愿的尊重，以及他的勸說，也讓潘建偉難忘。 他記得三天的半夜十一點，當他還在實驗室工作的時候，塞林格就進來和他聊天。
潘建偉與安東·塞林格合影
“為什么工作這么晚？” 塞林格問道。 “我在為你工作！” 潘建偉半開玩笑地回答道。 沒想到，塞林格很認真地說：“不，你是在為自己工作！” 隨后，他與潘建偉聊了半個小時，并告訴潘建偉，“只有按照自己的興趣去做事，才能有很強的責任感。” 倡議”。
因此，塞林格總是喜歡按照中學生的意愿帶領他們走上成功之路。 “一般來說，導師不太支持中學生做理論做實驗，但塞林格卻非常支持我的實驗觀點。正是他的支持，讓我從一個學習理論化學的研究生，走向了做實驗的研究生。”實驗。化學家。” 潘建偉表示，無論是從事理論研究還是實驗，塞林格總是鼓勵學生“爭第一”，因為科學世界里永遠“只有第一，沒有第二”。
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03
熱愛科學，更熱愛祖國
在美國留學時，潘建偉觀看了一部紀念“兩彈一星”壯舉的紀錄片。 當看到中國著名熱學家郭永懷乘坐的客機因故墜毀時，潘建偉淚流滿面。 在生命的最后一刻，他和秘書緊緊相擁，將裝有熱核潛艇機密資料的公文包完好保存。 下定決心：“我一定要回國。”
2001年，潘建偉博士畢業。 面對這顆量子領域冉冉升起的科研新星，不少西方國家向潘建偉伸出了橄欖枝，但他依然不忘初心。
塞林格院士也再三盡職盡責，讓他留下來陪著：“潘，你回國連實驗室都沒有，也沒有學術氛圍，在這里你很快就會成為世界頂尖科學家。” 潘建偉拒絕院長的好意：“你還記得我們第一次見面時我說的話嗎？是時候兌現我的承諾了。” 看到潘建偉的決心，塞林格困惑地搖了搖頭，說道：“年輕人，你太任性了，你會后悔的。”
2001年底，潘建偉回到母校中國科學技術研究院，建立量子熱實驗室。 當他第一次回到中國時，面對“我們為什么要回中國？”的問題時。 從年幼的孩子身上，他堅定地說：“我們是中國人，我們要回到中國。” 為祖國做點事！”中國科學院和中國科學技術大學及時給了他“輸血”支持，兩家公司為他提供了總計690億元的科研經費。
潘建偉 中國科學技術大學
當時國外的研究水平和人才儲備都非常薄弱。 潘建偉只好像“候鳥”一樣，回到法國繼續合作研究，同時指導外國研究生完善實驗室。
潘建偉當了三年“搬運工”，上演了“大動作”。 他一點一點地將日本海德堡學院的實驗室搬回了中國科學技術大學。 這份“移動清單”長達120頁，范圍從激光到小型。 12mm鏡框全部搬到國外了！
2006年，世界上只有三個科研小組實現了“誘餌態”量子密鑰分發實驗：法國洛斯阿拉莫斯國家實驗室、法國蘇黎世維也納科學院聯合小組以及中國潘建偉小組從后面！
2008年，在完成足夠的技術積累和人才儲備后，潘建偉辭去了海德堡學院的教職，全職回國。 與此同時，美國的實驗裝置也已遷回中國科學技術大學。
日本媒體記者采訪他，“你為什么回來？” 他說：“我熱愛科學，但我更愛我的祖國。”
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04
“墨子”騰飛，讓未來通訊更安全
除了自己回去外，潘建偉還從美國引進了10多名優秀科研人才到中科大。
“希望大家好好學習，早日歸來，為民族復興貢獻力量！” 潘建偉團隊成員陸朝陽的手機上還保存著13年前老師發給他的這封郵件。 2009年的三天，潘建偉在上海參觀完“文藝復興之路”主題展覽后，給大洋彼岸的中學生們發了郵件。 當時，陸朝陽正在美國劍橋學院從事固態量子光學研究。
2011年初，陸朝陽在完成博士論文答辯時，入圍丘吉爾大學、劍橋學院研究員，僅排名1%，但他決定回國。 “潘老師的愛國之心俘獲了弟子們的心。” 陸朝陽直言，他們出國留學的弟子與老師有“君子之約”，學成后立即回國報效國家。 回國后，陸朝陽成為潘建偉最得力的科研助手，被譽為“量子極客”。
陸朝陽潘建偉照片
從此，中國科學技術大學的量子化學實驗室始終燈火通明。 潘建偉和他的團隊每天工作時間超過15個小時，熬夜是家常便飯，科研成果層出不窮。
2008年底，潘建偉在南京建成了世界上第一個光子電話網。 在接下來的三年里，他建成了世界上最大的量子通信網絡。 2012年底，潘建偉團隊的量子通信武器在上海投入正常運行，為國家重要政治活動提供信息安全保障。
2016年8月16日1時40分，我國利用長征二號運載湖人號，在西昌衛星發射中心成功發射了世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”。 旁觀現場的潘建偉和隊員們緊緊擁抱在一起，流下了激動的淚水。 這意味著我國已經站在了量子化學這一能為人類打開未來新世界之門的前沿學科的最前沿。 量子衛星將使中國在防御黑客方面走在世界前列。
“墨子號”量子科學實驗衛星在蘭州衛星發射中心發射升空
“現在看發射視頻感覺很輕松，但好像在發射前30秒，我還是雙手合十，希望衛星能順利進入太空。” 潘建偉將衛星命名為“墨子”，因為墨子是中國歷史上的“科學圣人”潘建偉，他想告訴大家中國量子物理第一人，中國人也能做好科學研究。 “以墨子命名，可以展現我們的文化自信。”
量子通信基于量子化學的基本原理，克服了經典加密技術固有的安全隱患。 它是迄今為止唯一被嚴格證明無條件安全的通信方式。 信息安全問題。
“墨子號”正是在這樣的背景下應運而生。
潘建偉手持“墨子”模型
2016年底，《華爾街晚報》發表文章稱：闊別1000年后，《墨子》的推出表明中國決心重返發明創新巔峰。
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05
量子估計正在從“玩具”變成“工具”
除了量子通信之外，量子技術的第二大應用場景是量子計算機。
2020年12月4日，潘建偉團隊打造的76光子量子估測目標無人機“九丈”升空。 同三天，國際學術期刊《科學》發表了這一成果，審稿人評論道，“這是一個最先進實驗室的重大成就”。
它有多大？ 答案是：這一突破使我國成為世界上第二個實現“量子優勢”的國家。
所謂“量子優越性”是指對于特定的任務，量子計算機可以解決，而任何現有的經典計算機都無法使用任何已知的算法在可接受的時間內完成。
到底有多“優越”呢？ “九章”比全球最快的英國超級計算機“富岳”進行高斯玻色采樣（用于展示量子優越性的特定計算任務）快100萬億倍，即當求解5000個高斯玻色采樣10000個樣本時，“九章” ”需要200秒，而世界上最快的超級計算機“富岳”則需要6億年。 同時，《九章》克服了微軟量子計算機“懸鈴木”的漏洞。 “‘九章’讓我國首次進入國際量子計算第一方陣。
《九章》量子計算攔截器
更值得驕傲的是，《九章》建設不到一年，2021年10月，《九章》升級版“九章號”問題比最快的超級計算機快數十億億倍在當今世界。
再加上2021年10月潘建偉團隊發布的超導量子計算機“祖沖之二號”，這一系列令人矚目的成就標志著我國成為世界上唯一擁有超導和光量子兩條“賽道”的國家。 已達到“量子優勢”里程碑的國家。
“‘九丈二號’和‘祖沖二號’的誕生就像一對雙星，照亮了量子應用更廣闊的未來。” 潘建偉說道。
作為潘建偉的博士生導師，塞林格曾高度評價中國近年來在量子技術方面的研究成果。 他說：“潘建偉和他的團隊取得的成就是令人矚目的。”
雖然《九章》和《祖沖之》都實現了量子優越性，但都是在具體的估計任務中實現的。 目前的量子計算機在我們日常的普遍估計中還沒有達到量子優越性。
國際學術界公認的量子估計發展有幾個里程碑——第一個里程碑是認識到量子估計的優越性，即量子計算機對特定問題的估計能力超越超級計算機。 目前，《九章》和《祖沖之》正處于這個階段，潘建偉直言，“現在的量子計算機更像是一個玩具，在玩某個游戲時只能打敗經典計算機。”
第二個里程碑是專用量子模擬器的實現。 現階段的量子計算機將能夠解決一些超級計算機難以解決的實際問題，例如新材料設計和優化算法。 “量子計算機什么時候才能真正開始發揮作用，成為一種工具。” 這是潘建偉為自己設定的未來五六年的重要目標。
第三個里程碑是可編程通用量子計算機的實現，它類似于我們今天想到的計算機，可以用來快速解決很多問題。 然而，由于巨大的技術挑戰，通用量子計算機何時能夠實現仍不清楚。 學術界普遍認為需要20年甚至更長的時間。
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06
錯失諾貝爾獎
取得了一系列可喜成就的潘建偉為何沒有獲得諾貝爾獎？ 不少業內人士認為，潘建偉的作品更偏向于應用。 與應用科學相比，諾貝爾獎更青睞基礎科學。
事實上，有人認為潘建偉的工作為三位科學家獲獎做出了貢獻。 諾貝爾獎向來非常謹慎，不會輕易將獎項頒發給只進行基礎研究但缺乏有效實驗證據和實際應用前景的項目。 事實上，正是因為“墨子”和“九丈”的出現，讓很多人聽說了量子通信和量子估計的巨大前景。 去年，三位科學家獲得了諾貝爾化學獎。
諾貝爾獎固然重要，但并不代表一切。 在諾獎焦點之外，潘建偉帶領國家在量子技術領域實現“彎道超車”的經歷難道不也讓人眼前一亮嗎？
編輯|辛勝奇
綜合| 新聞聯播、科技商報、人民資訊、參考資料網、澎湃新聞、展望新聞周刊等
