潘建伟:量子信息到了破土而出的时候

澎湃新闻记者 王盈颖

“我想打一个比方,如果说量子信息是一棵竹子,过去一直在泥土中酝酿破土,现在则到了破土而出的时候,人们常说‘雨后春笋’,它将很快进入拔节猛长的阶段。”

潘建伟 东方IC资料图

6月27日下午,在上海展览中心,中科院院士、中国科技大学常务副校长、中科大上海研究院量子工程中心主任潘建伟作为代表,在由上海市委宣传部、市科技党委、市科委共同主办的“科创争先锋”先进事迹报告会上发言。

他的报告题为《让中国的量子科学“领跑”世界》。

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,具有安全、高效的特点。

潘建伟说,回想起1997年,他刚开始在国内呼吁发展量子信息的时候,“曾受到很多质疑”。但在20年的时间里,他带领的团队一步步接近一个梦想——让中国的量子科学走在世界前沿。

1996年,潘建伟赴奥地利留学,师从维也纳大学教授蔡林格(Anton Zeilinger),学习量子信息实验技术。潘建伟说,他第一次见到蔡林格,就被坐在椅子上的导师仰头问到“有什么梦想”,而他的回答是“在中国建立一个世界一流的量子实验室”。

2001年,31岁的潘建伟回国组建实验室。那一年,他和团队“常常睡在实验室里,几乎没日没夜地搭设备”。2004年,《自然》杂志上第一篇来自中国的量子信息论文发表,该成果就来自潘建伟团队。

谈起全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”,潘建伟说,他早在2002年就萌生了“把卫星送上天,利用天地之间的链路做量子科学实验”的想法。

“当时听起来像一个天方夜谭,而且欧洲、美国并没有类似的项目。2004年,在许多专家对我的设想还心存疑惑时,中科院支持了我这个近似疯狂的想法。”潘建伟说,在中科院和上海方方面面的支持下,项目率先在中国搭建起来并落地。

作为量子卫星项目的首席科学家,潘建伟说,“墨子号”在研制过程中碰到了许多坎坷。最让他感动的是,和中科院上海技术物理研究所、中科院微小卫星中心等组建的联合团队“遇事绝不互相推诿,而是一起想办法解决问题”。

他细数起一路上遇到的“坎坷”以及联合团队是如何应对的:本来定好2016年7月就要发射“墨子号”,可是没想到,6月底卫星进场前,突然发现一个信标光激光器能量下降。

团队并没有把责任推给制造激光器的单位,而是一起讨论,最终联合把问题解决了。

又比如,“墨子号”刚进入轨道,外太空的环境比团队预计的还要恶劣,对卫星的光学系统很快就产生了影响。眼看实验就要做不成了,整个团队又在一起调整卫星参数,又把卫星“挽救”了回来。

最后,卫星数据的各项参数比原来好了10倍,原本准备2年完成的实验,现在2个月就完成了。

6月15日,世界顶级学术期刊《科学》以封面论文的形式报道了潘建伟团队的这一最新成果:借助2016年8月“上天”的“量子号”,他们创下了世界量子纠缠分发距离的记录,达到1200千米,实现了一个数量级上的突破。

“在墨子号发射之后,加拿大也为量子卫星立项,欧洲、日本、印度等国家的项目也都开始启动。这次,我们国家真正引领了一个时代的到来。”潘建伟说。

“不过,如果我们不努力的话,这种优势现在看来还并不一定能够长久。”潘建伟说,现在,美国科学家就开始说:“当年,德国人先开始研究原子弹,但美国后来居上了;前苏联先把卫星送上了天,而美国人的宇航员率先登上了月球。这次,我们也一定可以反超中国人。”

“但我们会努力,不让他们的目标得逞。”潘建伟话音一落,现场响起掌声。

除了量子通信,潘建伟预计说,再经过3到5年的努力,就可以操纵50个量子比特。这时,量子计算机对某些特定问题的处理能力,就可以超过目前最快的经典超级计算机,实现“量子称霸”这一里程碑。

各位领导、同志们、朋友们,大家好!

我是中国科学技术大学的潘建伟,近年来我和我们团队成员一起奋战在上海,服务上海科创中心建设。很高兴同大家讲讲我们团队在上海开拓量子领域的故事。

去年8月,我们把全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”送上了天;今年6月16日,“墨子号”首次实现星地双向量子纠缠分发的成果以封面论文的形式发表《科学》杂志上。

审稿人认为该成果是“兼具潜在实际现实应用和基础科学研究重要性的重大技术突破”并断言“毫无疑问将在学术界和广大的社会公众中产生非常巨大影响”。

回想起1997年,我刚开始在国内呼吁发展量子信息的时候,曾受到很多质疑。在这段长达20年的时间里,我们一步步接近一个梦想——让中国的量子科学走在世界前沿。

这中间固然有许多曲折,但每一步我们都走得非常踏实。给我印象最深刻的是,我们国家可以迅速决策并凝聚相关的队伍和资源,让“墨子号”能够在短短几年内得以上天。

这种协同创新的巨大力量,我认为,将会是未来支撑中国走向世界科技强国的强大动力。

量子的概念,最早是由德国科学家普朗克在1894年提出的。一直到上世纪九十年代,我国在这个领域的实验研究还几乎是一片空白。正因如此,1996年我留学奥地利,学习量子信息实验技术。

我还清楚地记得,我第一次见到我的导师蔡林格教授时,他问我的梦想是什么,我就说:“我要在中国建立一个世界一流的量子实验室。”

的确,路就是一点点走出来的。2001年,我回国组建实验室。那个时候我才31岁,杨涛、陈增兵、赵志几个刚博士毕业不久,而彭承志、陈宇翱、张强,才只有20岁出头。

整整一年,大家常常睡在实验室里,几乎没日没夜地搭设备。到2004年,我们的一项重要成果发表在了《自然》杂志,这是国内量子信息领域在《自然》杂志发表的第一篇论文,并且同时被美国物理学会和英国物理学会列入了国际物理学年度重大进展。

在国际学术界有了这么高的认可,国内也开始重视起来了。

有了一定的积累后,我们有了更有雄心的计划。其实早在2002年,我就萌生了把卫星送上天,利用天地之间的链路做量子科学实验的想法。当时听起来像一个天方夜谭,而且欧洲、美国并没有类似的项目。

2004年,在许多专家对我的设想还心存疑惑时,中科院支持了我这个近似疯狂的想法。

我记得白春礼院长——当时任中科院副院长——说:“我们要相信潘建伟的学术判断,就让他试一下吧!” 在中科院的支持下,我们开展了一系列的地面验证实验,充分证明了实现星地量子通信的可行性,因此在2011年,中科院迅速立项量子科学实验卫星。

在星地量子通信这一领域,我国从起跑线上就站在了欧洲和美国的前面。所以,创新就不能总跟在别人后面,就要敢做没人做过的事情。

如果说,做前沿研究还能靠一个团队单打独斗,但到了卫星这样的工程,就一定得靠集体的力量。在2008年我们还在做地面验证的时候,中科院就“钦点”了中科院上海技术物理研究所王建宇研究员的团队,他们在做航天载荷方面,有着丰富的经验;又“钦点”了中科院微小卫星中心,让他们来做卫星平台。

还有上海光机所、成都光电院等等单位。所以,在项目实施的过程中,我们也得到了上海市方方面面的大力支持。在这里,我要向上海表示深深的感谢,没有地方的各方资源协调,这件事做起来会困难很多。

在这个项目里,我是首席科学家,王建宇是常务工程副总师,还有小卫星的朱振才是卫星系统总师,等等。我们这个联合团队最让我感动的,就是遇事绝不互相推诿,而是一起想办法解决问题。

墨子号研制过程中一路上碰到了许多坎坷。

本来定好2016年7月就要发射的,可是没想到,6月底卫星进场前却突然发现一个信标光激光器能量下降,大家并没有把责任推给制造激光器的单位,而是一起讨论,最终联合把问题解决了;墨子号刚进入轨道,外太空的环境比我们预计的还要恶劣,对卫星的光学系统很快就产生了影响,眼看实验就要做不成了,整个团队又在一起调整卫星参数,又把卫星“挽救”了回来——最后,卫星数据的各项参数比原来好了10倍,所以原本准备2年完成的实验,现在2个月就完成了。

我们的论文投到《科学》杂志,仅用十几天就被接受,并且以封面文章发表,这是从来没有过的。

当我们的成果发表后,不少外媒评论,中国真正走到了量子通信的国际领导地位。在墨子号发射之后,加拿大也为量子卫星立项,欧洲、日本、印度等国家的项目也都开始启动。

这次,我们国家真正引领了一个时代的到来。

除了量子通信外,近年来我们在量子计算等领域也取得了较好的成绩。比如,就在上个月,我们在上海发布了首个超越早期经典计算机的光量子计算原型机,还有首次实现了10个超导量子比特的量子计算芯片。

我们预期,再经过3到5年的努力,就可以操纵50个量子比特,这时,量子计算机对某些特定问题的处理能力就可以超过目前最快的经典超级计算机,实现“量子称霸”这一里程碑。

总的来说,在国家的高度重视下,在中科院和上海市等的大力支持下,我国在量子信息领域整体上已经具备了和发达国家展开竞争的能力,在多个研究方向上还处于国际领先的地位。

不过,这种优势现在看来还并不一定能够长久。现在,美国科学家就开始说:“当年,德国人先开始研究原子弹,但美国后来居上了;前苏联先把卫星送上了天,而美国人的宇航员率先登上了月球。这次,我们也一定可以反超中国人。”

当年美国的曼哈顿工程就是这样,一开始只有掌握核心技术的几十个人,后来很短时间内就从全国汇聚起了上万人。现在,量子科技碰到的情况也十分类似。

一开始,做前沿研究,只需一二百人就能做起来;做卫星可能上千人就好,但今后再发展,就需要更多的资源、人才汇入。我想打一个比方,如果说量子信息是一棵竹子,过去一直在泥土中酝酿破土,现在则到了破土而出的时候,人们常说“雨后春笋”,它将很快进入拔节猛长的阶段。

如果它被栽在花盆里,最多就长成一个盆景,如果可以长在山林中,就可能发展成一片竹林。

现在,国家准备实施量子信息领域的重大科技项目,还在筹建国家实验室。在上海,科委、张江高新区、发改委、浦东新区等都进行了布局,作为上海建设科创中心的重要内容。

我们希望可以探索一种更好的机制,利用举国之力,更有效地协同创新——我们要造出中国的量子计算机、发展中国的量子通信产业,让我国真正成为未来信息技术和产业的引领者!

SOURCE: http://tech.163.com/17/0627/16/CNV03JIJ00097U81.html

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