• 背景摘要
  • 量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式,是近二十年发展起来的新型交叉学科,是新的研究领域。
中国量子 有个“梦之队”
来源:科技日报     发布时间:2016-08-22

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,标志着我国在量子通信领域全面领先。而我国之所以能在量子科学领域“领跑”世界,得益于我们有个量子“梦之队”。

潘建伟:量子通信领航人

“墨子号”发射升空的这一刻,全球科学界的目光都落在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。

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”送往国内实验室。

“开始我们根本买不起实验设备,也不知道需要哪些设备,只能向国外实验室模仿。我还记得我每天夜里都待在车里,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,让他欣慰的是,这些学生基本上学成后全部归国效力。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络”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,将推动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。”

陆朝阳:光子纠缠“鬼才”

“‘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陆朝阳教授如是说。而他也是量子“梦之队”中的“前锋”人物。他曾与导师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。

量子纠缠指不同粒子无论相隔多远,量子态都可以相互关联的现象。陆朝阳曾实现过八光子纠缠,创下世界纪录,还提交过使用了十光子纠缠的成果。这些成就让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,本打算本科毕业保送就读本校微电子专业研究生的计划,在2003年秋天遇见潘建伟后改变。

“和潘老师交谈以后,我就修改了志愿。”陆朝阳事后回忆说。2004年本科毕业之后,他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。

2007年,硕士期间,陆朝阳以第一兼通讯作者在国际上首次实验了对六光子纠缠的操纵,制备了“薛定谔猫”态和簇态,刷新了多光子纠缠和光学量子计算领域的两项世界纪录。同年,陆朝阳在国际上首次用光子比特实现了肖尔大数分解算法,成果被美国物理学会以“量子计算的突破”专题报道。

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。博士期间,他以第一作者身份首次观测到单电子自旋的实时量子跃迁和非破坏性测量,为基于自旋的量子计算方案解决了一个基础性难题。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。同年,他还入选了中组部首批国家“青年千人计划”和上海市“千人计划”。

在陆朝阳看来,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。

陈宇翱:燃烧“量子青春”

他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;30岁,他入选中组部首批“青年千人计划”,成为中国科学技术大学最年轻的教授;两年后,他获得欧洲物理学会专门为全球顶尖青年科学家设立的菲涅尔奖。他就是现年35岁的陈宇翱。

陈宇翱可以说是我国量子“梦之队”的坚强“后卫”,正是有了他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,才为此次发射量子实验卫星奠定了技术基础。

“量子世界最大的魅力就在于它的未知,你永远不知道下一步它的状态会变成什么。这让你有探知的欲望。”陈宇翱说。

过去的100年,量子物理带给我们很多革命性的突破。比如说现在计算机用的硬盘、医学领域的激光、核磁共振等都是量子规律的宏观体现。但是,这些应用“都是对量子宏观现象被动的观测、被动的应用。我们现在想做的是通过自下而上、人工的、主动的量子调控,给大家带来更大的突破。”陈宇翱说。

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。“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。

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