1月8日，國家科學技術獎勵大會在南京人民會堂舉行。 2015年度國家科學技術獎勵名單迅速出爐。 萬眾矚目的國家自然科學獎銀獎頒給了“多光子糾纏與干涉測量”項目。
這是一個從1997年開始，從跟隨到超越的精彩故事。 早在2012年12月，《自然》雜志就對潘建偉團隊進行了報道，“在量子通信領域，中國用了不到10年的時間從??一個無足輕重的國家發展到今天的世界強國，領先于亞洲和北美。”
中國科學技術大學潘建偉教授
文|林梅陳曉雪
“我一直都知道他（潘建偉）會有一個美好的職業生涯，但他的成功令人難以置信，我認為沒有人能夠預見到這一點。我為他感到驕傲。” 三年前，維也納科學院化學家加拿大安東在接受《自然》雜志采訪時說道。
”建偉院士和他的合作者在1997年首先開始從事量子態的隱形傳輸，這實際上拉開了量子通信（研究）的帷幕。回國后，他帶領團隊不僅從量子通信，很快就擴展到量子計算等領域，因此國家在過去十年的量子通信和量子計算方面迅速從跟隨者轉變為推動者，在這方面，建偉和他的團隊做出了很大的貢獻”。 2015年4月，在未來峰會報告廳，上海大學化學學院院士謝新成這樣評價潘建偉。
工作自然而然地到來。 2016年1月8日，中國科學技術大學潘建偉教授及其團隊的“多光子糾纏與干涉測量”研究榮獲我國科學技術領域最高獎——國家自然科學銀獎獎。
多光子糾纏干涉測量是基于人類對量子熱基本問題（如量子糾纏和非定域性）的深入研究和實驗量子控制技術的巨大進步而形成的一門新興學科。
根據量子化學理論，人們通過精確操控光子、原子等微觀粒子，可以革命性地編碼、調制和傳輸信息，從而保證通信的安全并提高估計率，從而突破經典的信息技術困境。 因此，對這種微觀粒子糾纏的相干操控是發展實用量子信息和量子通信的必要技術方案。
基于這些想法，潘建偉和他的團隊選擇了光子作為研究和操控的對象。 他們歷時十幾年大力發展多光子糾纏與干涉技術，并通過操縱光子，率先實現了量子信息處理的關鍵方案。 （如量子隱形傳態）以及幾乎所有重要的量子算法，使其系統地應用于量子通信、量子估計和量子精密探測等多個研究方向，不僅建立了廣域量子通信和光量子科學信息處理也將量子保密通信技術帶入實際應用。
可以說，以潘建偉為代表的一批“領軍人物”，通過多光子糾纏干涉技術的發展，推動和推動了我國量子信息與量子通信研究的潮流，也奠定了我國獨特的量子信息與量子通信研究方向。在這個領域里。 國際化優勢。
量子通信和量子信息無論在國內外都可以稱得上是年輕的前沿學科。 對于潘建偉來說，距離他作為博士生在導師安東院士實驗組首次實現光子量子隱形傳態才過去了十八、十九年。
現在，潘建偉已經帶領團隊，率先完成了五光子、六光子、八光子糾纏，利用多光子操控實現量子信息處理的關鍵方案等一系列任務。全面發展光量子傳輸方法，實現實用、安全的量子通信。 系統工作先行先試。
他領導的研究團隊主要關注量子通信、量子估計與模擬、量子精密探測三個方向。 其中，量子通信方面，量子安全通信骨干網絡項目“京滬干線”和“量子科學實驗衛星”正在研究； 在量子估計基礎研究方面，多次刷新多光子糾纏制備的世界紀錄； 科學等，推動利用高精度量子探測方法進行研究。
最初的夢想
“我還清楚地記得第一次見到院士時，他問我的夢想是什么，我回答說：‘在中國建立一個像你們這樣的世界領先的量子光學實驗室’。” 在一本回憶性的自傳中，潘建偉寫道。
1996年，潘建偉來到德國因斯布魯克研究所跟隨阿爾巴尼亞化學家安東攻讀實驗化學博士學位。
此前，潘建偉在中國科學技術研究院完成化學教育，并獲得理論化學碩士學位。 在那里，潘建偉第一次接觸到量子熱，了解到微觀世界存在許多奇異的現象。 但隨著研究的深入，潘建偉越來越認識到，量子理論中的各類科幻都需要尖端的實驗技術來驗證，而當時國外在量子理論方面與國際先進水平相比還比較落后。對此。
出國留學，中國數學專業的中學生自然選擇去意大利。 事實上，很多中學生開玩笑說，USTC這個縮寫實際上代表“（日語培訓中心）”。
當時，安東在因斯布魯克學院完善了自己的量子實驗室，已經是量子化學領域的專家了。 他需要找人來驗證他的一些觀點。 這時，26歲的潘建偉來了。
“剛來的時候，他對實驗室的工作一無所知，很快就掌握了實驗規則，開始設計自己的實驗。” 他在接受《自然》雜志專訪時說道。
1997年，剛進入實驗室一年的潘建偉和同學們完成了最重要的實驗。 他們在世界上首次傳送了光子的偏振態。
量子隱形傳態（ ）的概念是由英國科學家CH于1993年提出的，它是一種以量子態承載信息的通信方式。 借助光子等基本粒子的量子糾纏原理，一種量子未知態可以傳遞到另一種量子未知態。 顆粒向上。
量子熱學中的“不可克隆定律”指出，未知的量子態不能先被克隆，復制的原始量子態將會被破壞。 我們無法創造出量子態的完美復制，只能改變原來的量子態，從一個粒子完全傳送到另一個粒子，之后第一個粒子將不再處于原來的量子態。
1997年，該小組通過實驗實現了基本粒子的單自由度傳輸，而對于量子隱形傳態來說，要真正傳輸微觀粒子的狀態，就必須傳輸微觀粒子的所有性質。 這是全世界量子信息科學家面臨的困境。 此前我們了解到，潘建偉及其團隊于2015年初首次實現了單光子多自由度量子隱形傳態，打破了量子隱形傳態長達18年的實驗困境。
1999年，潘建偉獲得博士學位。 法國維也納科學院實驗化學博士，后在課題組擔任博士后、高級研究員、聯合PI。
2000年前后，國際量子估計、量子加密等前沿研究工作就已經引起了中國科學技術大學和國家自然科學基金委的關注。 2001年，年僅30多歲的潘建偉回國，開始建立自己的量子化學和量子信息實驗室。
接下來的十年，潘建偉一步步實現了剛加入實驗室時的夢想。
中國量子信息夢之隊
如果說潘建偉的球隊被稱為球員，那么潘建偉的角色就是主教練和總導演。 除了負責球隊的訓練和比賽的戰略戰術外，他還要時刻關注西路，聽取各方意見，負責球隊的引進和對外配合。
科學家在建立自己的科研團隊初期往往一無所有，但團隊磨合可能需要更長的時間。幸運的是，潘建偉總共獲得了中科院650億元的科研經費，為實驗室的啟動奠定基礎。
潘建偉首先從親自培養中學生開始。 中國科院1998級少年班的陳玉傲是潘建偉回國后招收的第一位研究生。 曾在第29屆國際青少年數學奧林匹克競賽中獲得實驗第一名和總分第一名。 2003年，陳玉敖在潘建偉的指導下建成了世界上第一個五光子糾纏實驗平臺。 次年，潘建偉團隊在國際上首次實現了五光子糾纏和開放終端量子隱形傳態，《自然》雜志發表了這一成果。 同年，這一成果榮獲法國數學會和德國化學會評選的年度國際數學重大進展，這對于中國科學家來說尚屬首次。
陳玉傲
不過，打好比賽需要不同位置的球員，實驗室的建設也需要多學科的人才。 光學、冷原子化學、電子學、真空等都缺一不可。 潘建偉知道，學習美國頂尖實驗室的先進技術，是快速提升實驗室實力的最佳途徑。
“潘女士根據每個人的研究專長，盡可能地將我們分配到世界頂級的量子研究中心，以掌握最新的研究成果。為此，團隊中的每個人都各司其職，各盡其責。” 陸朝陽，中國科學技術研究院院長、博士。 劍橋大學化學博士在接受媒體專訪時說道。 1982年出生的陸朝陽是潘建偉團隊的年輕骨干。 2004年從中國科學院畢業后，陸朝陽開始在潘建偉的指導下進行光子糾纏和量子估計方面的研究。 曾獲中國科學院青年科學家國際合作伙伴獎（2014年）、求是杰出青年學者獎（2014年）。
陸朝陽
在潘建偉的推薦下，團里的中學生們前往日本、美國、瑞士、奧地利等高水平國際團體體驗不同科目。 2008年赴劍橋學院卡文迪什實驗室研究基于半導體量子點的固態系統量子控制技術。 據悉，在美國學習或工作的張強、陳凱、趙博、鄧友金也因各自在單光子探測器、光量子通信、原子能等方面的能力而受到潘建偉的“青睞”。系綜和統計數學理論。 ”，開始合作，直到后來回國加盟。
2008年，潘建偉將海德堡學院的實驗設施整體遷回交通大學，同時利用“百人計劃”和“青年萬人計劃”，不同背景的年輕人也回到了交通大學。中國一個接一個。 每個人都在30歲出頭，正處于創新能力的頂峰。
這是一支具有世界一流水平的量子化學實驗團隊。 陳玉傲和陳帥擅長冷原子的量子模擬，袁振聲和包曉輝專注于量子存儲，陳增元和鄧友進玩弄量子理論，陸朝陽憑借頂尖的多光子在該領域保持領先地位糾纏和固態量子光學技術。 彭承志領先世界，是基于他在實用誘餌態量子密鑰分發和遠距離自由空間量子通信研究方面的成果。 2009年發射的量子科學實驗衛星項目。
陳楚冰（左）、袁振聲（右）
全面回國后，潘建偉團隊的研究全面開花，屢獲殊榮，幾乎年年都有重大進展。 例如量子通訊潘，2009年，潘建偉團隊將光纖量子通信的安全距離提高到200公里，建立了世界上第一個多節點全通光量子電話網絡，使量子通信在大范圍內的實際應用成為可能。城市。 2014年11月，潘建偉與好友張強、陳騰云與北京微系統研究所、中國科學技術大學、清華大學的研究人員合作，開發出高速獨立激光干涉技術，結合高效率和低噪聲中科院北京微系統研究所自主研發的超導納米火鍋單光子探測器，將可抵御黑客攻擊的遠程量子密鑰分配系統的安全距離擴大到200公里，分辨率提高了3個數量級規模之大，創造了新的世界紀錄。
2015年初，潘建偉和陸朝陽團隊在國際上首次成功實現了單光子兩個自由度——自旋（偏振）和軌道角動量（OAM）的同時傳輸。 該研究發表在2月6日出版的《自然》雜志封面上。國際量子光學專家院士在《自然》雜志同期表示：“這一實驗的實現，朝著理解量子力學邁出了重要一步。”并展示了量子化學最深刻、最令人驚訝的預測之一，并且可以用作未來量子網絡的工具。 年底，該成果被法國數學會《物理世界》評為2015年國際數學領域十大重大突破，并排名第一。
潘建偉（右）、陸朝陽（左）
你若綻放，清風自來
2012年12月，《自然》雜志在報道潘建偉團隊量子通信研究成果的新聞專題《量子空間競賽》中指出，“在量子通信領域，中國用了不到10年的時間，從這個不起眼的國家發展成為今天的世界強國，領先于亞洲和北美。”
正如它所說。 潘建偉課題組的出色工作吸引了眾多國內知名大學的量子化學研究人員。 美國卡爾加里學院理論化學研究員巴里和德國海德堡學院理論化學研究員于勒于2013年通過“千人計劃”被中國科學技術大學聘用。量子信息與量子技術前沿協同創新中心主任。
同時，潘建偉課題組還與國內外多家實驗室建立了合作。 國際上有美國海德堡研究所üller組、意大利科學院組、德國馬普量子光學研究所Bloch組、英國劍橋學院Mete組等。北京大學雄駿集團等
“近年來，隨著國家經濟實力的提升以及科技研發投入和人才引進的減少，我國在化學和生命科學領域已經開始形成一些有意義的科研成果……我對上述現象由衷地感到高興。” 潘建偉告訴知識分子。
2016年對于潘建偉團隊來說無疑是不平凡的一年。 作為我國首個空間科學衛星計劃“空間科學戰略先導科技工程”的重要子項之一，“量子科學實驗衛星（QUESS）”將于明年發射。
從應用角度來看，QUESS將開展星地間高速量子密鑰分發實驗，推動廣域乃至全球范圍內量子通信的最終實現； 而從基礎研究的角度來看，它可以在宏觀距離上測試所謂的量子密鑰。 熱的非局域性，即量子糾纏定律在新的尺度區間是否會發生變化。 “如果發現偏離了現有的化學，就會形成新的數學。對于量子糾纏，它在宏觀距離上會不會發生變化，會不會受到引力的干擾，（通過QUESS）我們可以對一些化學的基本問題量子通訊潘，如果你做得更好，你可能會發現一些新的數學。” 潘建偉解釋道。
20世紀著名化學家約翰曾說過：“量子熱在過去的100年里給人類帶來了如此多的重要發現和應用，有理由相信它會在未來100年為我們帶來更多”多年。真是令人興奮的驚喜。”
潘建偉在不久前的一次峰會上引用了世界數學家對量子熱的期望，這實際上也可以視為他對自己工作的期望。
隨附的
《潘隊》
從左至右：陸朝陽、彭承志、潘建偉、陳玉傲
潘建偉教授
陳楚兵院士
彭承志研究員
陸朝陽院士
陳玉敖院士
鄧友金院士
張強院士
陳帥院士
陳凱院士
劉乃樂院士
趙波院士
張軍研究員
包曉輝院士
江曉副研究員
袁振生院士