2016年8月16日1時40分,我國在蘭州衛星發射中心用長征二號丁運載湖人成功將世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”發射升空。
因為量子通訊可以從根本上解決國防、金融、政務等多領域的信息安全問題,世界各國都為它投入了大量資源。而此次,中國先于韓國,美國等技術大國將世界首顆量子衛星發射至太空,是一次重大突破,也標志著中國的信息安全得到技術保障。國際權威刊物《自然》雜志曾這么感慨:中國在量子衛星領域將領先于歐美。
說起中國的量子通訊,有一個必須提及的名子——潘建偉。
潘建偉生于1970年,杭州東陽人,41歲連任中國“最年青教授”,42歲獲得國際量子通訊大獎,45歲成為國家自然科學獎銀獎最年青的第一完成人。如今,作為首席科學家,他領銜研發的世界首顆量子科學實驗衛星早已飛上太空。“把量子實驗室搬上太空的夢想,10多年前就早已開始。”潘建偉興奮地說。
與量子“糾纏不清”
潘建偉的家庭教育與哪個年代的其他家庭不太相同,小時候的潘建偉是一個被“開放式”教育的小孩。
“小時候,一家人圍坐在煤油燈旁,聽媽媽講《聊齋》故事,下班后,我會把作業帶到山起來做,母親也不會抓我回來。”后來,考學院選專業的時侯,他曾擔儒學化學會養不活家人,雖然,那是個“搞魚雷不如賣紅茶蛋”的年代。母親說:“沒關系,我們都有退職薪水,根據你自己的興趣來就可以了。”他忽然發覺,排除了矯飾的看法,取舍雖然很簡單,只要遵照自己的內心就好。
其實,沒有碰巧的成功,包括27歲時科研成果就已榮獲日本《科學》雜志“年度全球十大科技進展”的潘建偉。
高中時潘建偉舉家遷往市區,教育資源的差別讓他的成績比往日一落千丈,數學基礎差,英文40分,而且他從不服輸,拉著朋友練英文,追著老師問問題……,1987年,順利考入了中國科技學院。
步入學院后潘建偉發覺,班里有七個狀元,人才輩出,可他已不再執著于分數,愛因斯坦的詩歌讓他堅定了對化學研究的決心,也開始癡迷于量子疊加態的研究。只是隨著研究的深入,潘建偉更加覺得到,量子理論中的各類奇案須要更尖端的實驗技術能夠得以驗證。而當時國外的研究水平還很落后,于是潘建偉決定出國求學。
在獲得中國科技學院理論化學學士和碩士學位后,潘建偉于1996年來到英國維也納學院攻讀博士學位,師從量子熱學世界級大師塞林格。也正是在這兒,潘建偉許下了“在中國建一個世界一流的量子光學實驗室”的心愿,而這以后的每一步,都讓他離自己的目標,更近一點。
剛入塞林格院士門下攻讀博士學位,他就仍然在腦海里醞釀著一個對量子態進行隱型傳輸的實驗方案。
他研究的量子態隱型傳輸,就是借助“量子糾纏”的一種全新通訊方法,也稱量子通訊。量子通訊的原理是哪些呢?簡單說,兩個糾纏過的量子就好象兩個相愛的人,雖然相隔萬里仍有心靈感應。
在理論上,這些不可監聽不可復制的信息傳輸方法,可以保證信息傳輸的絕對安全量子通訊潘,這是惟一一種從數學上保證信息安全的方法,和過去以估算復雜性為基礎的傳統密碼通訊相比,其實要高明的多。
無巧不成書,這正是當時另一組在研究的量子態隱型傳輸的理論方案。加入該組后的第二年,潘建偉成為了發表在上的《實驗量子隱型傳態》第二作者。
潘建偉的淚水一下子就流了出來
潘建偉真正實現他立下的“豪言傣語”的抓手,是一部記念“兩彈一星”的片子。片中提及一位叫郭永懷的老先生,由于客機空難不幸殉職,后來被發覺他為了保護在基地帶回去的數據,和警衛員緊緊抱在一起,遺體都烤焦了,并且裝有珍稀資料的公文包毫發無傷。聽到這兒,潘建偉的眼淚一下子就流了出來,“我一定要回來為國家做點事情。”
歸國后的潘建偉在中國農大負責成立了量子化學和量子信息實驗室,面對國外量子信息研究領域一片空白的現況,團隊舉步維艱,想要申請到國外科研經費也并非易事。加之鋪天蓋地的批量子信息技術為“偽科學”的指責聲,他只是勤于研究,以期用科研成果改變這一切。
在不到一年的時間,他的研究組就在世界權威刊物《物理評論快報》上發表了7篇論文。而當時國外院校,在該刊物上一年也發不了幾篇。
為保證與美國信息實時接軌,潘建偉自請做“候鳥”,往返于中外實驗室,而到了2009年,潘建偉辭去美國的職務,將實驗室遷回中科大,當年他送往美國各大頂級實驗室的年青人也都相繼歸國,組成了現在屢破紀錄的“夢之隊”。
初期實驗室里的朋友
·首次實現五光子糾纏和終端開放的量子態隱型傳輸;
·首次實現16公里自由空間量子態隱型傳輸;
·首次實驗實現了八光子薛定諤貓態;
·利用八光子糾纏,首次實驗實現了拓撲量子糾錯;
·首次實驗實現了百公里量級的自由空間量子隱型傳態和糾纏分發;
·首次實現多自由度量子隱型傳態,這也被美國數學學會(World)評為“2015年度十大數學學突破”。。。。。。
其中最令世人贊嘆的便是于2016年8月16日1時40份成功發射升空的世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”。
潘建偉真的很喜歡萵苣
潘建偉和他的團隊,都有一種“從容不迫”的知性。
“有一年夏天,我在德國維也納的實驗做完了,本該早日趕赴美國海德堡去設立自己的實驗室,可我很流連在多瑙海邊采摘苦菜的那一份慵懶,害怕到海德堡就再也采不了萵苣,于是就在維也納多待了一段時間。
結果,在海德堡的實驗計劃被推遲,后續的一個重要實驗被他人先做了下來。當時量子通訊潘,我倍感有些沮喪,尤其是后來我發覺在海德堡的內卡海邊雖然也有荸薺。
然而,我很快就釋懷了:工作是做不完的,這個實驗無法如愿,下個實驗再努力就是了,沒有必要給自己施加這么大壓力,相對清閑一點,回到實驗室的效率反倒會更高。”
潘建偉以前有一個實驗做了整整4年,最后成功了。研究成果發表在《自然》上,《自然》的審稿編輯稱這篇文章是“英雄式的文章”。
潘建偉的這些從容不迫同樣也感染了他的中學生。他的一個中學生在若干年內只發表了三篇文章,篇篇扎實。在參評某個獎時,專家質詢為何只有三篇文章,潘建偉說,由于他沉得住氣,有耐心,做的都是有重要意義的工作。最終,這個中學生獲得了該重要獎項。
這種年,人們問他最多的問題就是:“潘建偉,你離諾貝爾獎還有多遠?”
潘建偉曾在接受專訪時談到,在國外會面時,總會被問到近來發的文章、獲的獎;媒體的專訪,也只是關注于成就,而非研究的誘因。
“有一年,”潘建偉追憶道:“我剛好到德國一個山區渡假,遇到一個八十歲左右的老太太,對中國人很好奇。”了解到潘建偉正在研究量子態隱型傳輸,她說:“我讀過你在《》發表的文章,并且沒看懂。”這令潘建偉不禁感慨,大眾眼里與科學毫無關系的八十歲奶奶竟對科學抱有如此的好奇心。
正如“感動中國”評選委員會給與潘建偉的頒獎詞: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。潘建偉用行動回應指責,以身體力行來告訴人們科學的力量。
與未來科學大獎結緣
因為潘建偉在量子通訊相關領域作出的貢獻,2017未來科學大獎將當初物質科學獎頒授給他,獎金一百萬美金。
當潘建偉得悉自己得獎的消息時,他謙卑又驕傲的說:“公元前700年,斯巴達人就開始使用某種方式的加密數來傳遞相關命令。后來到了羅馬帝國,凱撒大帝又發明了一種把字母交換,弄成密碼的方法。
這種密碼,本質上都是會被破解的。由于雖然把字符替換掉,每位字符用的頻率依然是固定的,不管是漢語、英語,還是英語,都有這個規律。
所以,無論是唐代的密碼還是現代的密碼,它們都是構建在估算復雜度的基礎上的。基于估算復雜度的密碼,只要估算能力足夠,原則上都是可以被破解的。
所以在人類歷史上,信息安全方面的永恒話題,就是怎樣才能找到一種安全的密碼。千百年來,人們仍然懷疑,以人類的智力究竟能不能構造人類自身不可破解的密碼?我們的工作很大程度上就回答了這個問題。
以我們人類的智力,就能設計出一種現實的技術,讓無條件安全通訊成為可能。這就是我們那些年所做的一些工作和它所達到的結果。”
本文部份內容及圖片來自:
科學網:“70后”院士:潘建偉的人生常數
環球人物網:“70后”潘建偉,與量子“糾纏”二六年
新華社:潘建偉:我用了9年追求所愛的人,那么難的事情都做到了,還有哪些不能弄成
杭州新聞網:科學的價值潘建偉在北大經管大學2018結業儀式上的講演
科學網:潘建偉:在指責中前行,讓中國坐穩世界量子通訊第一位!
中國經濟網:世界首顆量子衛星成功發射:“墨子號”是如何煉成的