由于量子通信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。而這次,中國先于美國,俄羅斯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。國際權威期刊《自然》雜志曾如此感嘆:中國在量子衛星領域將領先于歐美。
說起中國的量子通信,有一個必須提到的名字——潘建偉。
潘建偉生于1970年,浙江東陽人,41歲當選中國“最年輕院士”,42歲獲得國際量子通信大獎,45歲成為國家自然科學獎一等獎最年輕的第一完成人。現在,作為首席科學家,他領銜研制的世界首顆量子科學實驗衛星已經飛上太空。“把量子實驗室搬上太空的夢想,10多年前就已經開始。”潘建偉激動地說。
與量子“糾纏不清”
潘建偉的家庭教育與那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”教育的孩子。
“小時候,一家人圍坐在煤油燈旁,聽爸爸講《聊齋》故事,放學后,我會把作業帶到山上去做,父母也不會抓我回去。”后來,考大學選專業的時候,他曾擔心學物理會養不活家人,畢竟,那是個“搞導彈不如賣茶葉蛋”的年代。父母說:“沒關系,我們都有退休工資,按照你自己的興趣來就可以了。”他突然發現,排除了功利的想法,抉擇其實很簡單,只要遵從自己的內心就好。
當然,沒有偶然的成功,包括27歲時科研成果就已入選美國《科學》雜志“年度全球十大科技進展”的潘建偉。
初中時潘建偉舉家搬到縣城,教育資源的差距讓他的成績比往日一落千丈,語文基礎差,英語40分,但是他從不服輸,拉著同學練英語,追著老師問問題……,1987年,順利考入了中國科技大學。
進入大學后潘建偉發現,班里有七個狀元,人才輩出,可他已不再執著于分數,愛因斯坦的散文讓他堅定了對物理研究的決心,也開始醉心于量子疊加態的研究。只是隨著研究的深入,潘建偉愈發感覺到,量子理論中的各種疑案需要更尖端的實驗技術才能得以驗證。而當時國內的研究水平還很落后,于是潘建偉決定出國求學。
在獲得中國科技大學理論物理學士和碩士學位后,潘建偉于1996年來到奧地利維也納大學攻讀博士學位,師從量子力學世界級大師塞林格。也正是在這里,潘建偉許下了“在中國建一個世界一流的量子光學實驗室”的愿望,而這之后的每一步,都讓他離自己的目標,更近一點。
剛入塞林格教授門下攻讀博士學位,他就一直在腦海里醞釀著一個對量子態進行隱形傳輸的實驗方案。
他研究的量子態隱形傳輸,就是利用“量子糾纏”的一種全新通信方式,也稱量子通信。量子通信的原理是什么呢?簡單說,兩個糾纏過的量子就好像兩個相愛的人,即使相隔萬里仍有心靈感應。
在理論上,這種不可竊聽不可復制的信息傳輸方式,可以保證信息傳輸的絕對安全,這是唯一一種從物理上保證信息安全的方式,和過去以計算復雜性為基礎的傳統密碼通信相比,顯然要高明的多。
無巧不成書,這正是當時另一組在研究的量子態隱形傳輸的理論方案。加入該組后的第二年,潘建偉成為了發表在Nature上的《實驗量子隱形傳態》第二作者。
潘建偉的眼淚一下子就流了下來
潘建偉真正實現他立下的“豪言壯語”的契機,是一部紀念“兩彈一星”的片子。片中提到一位叫郭永懷的老先生,因為飛機失事不幸遇難,后來被發現他為了保護在基地帶回來的數據,和警衛員緊緊抱在一起,尸體都燒焦了,但是裝有珍貴資料的公文包毫發無傷??吹竭@里,潘建偉的眼淚一下子就流了下來,“我一定要回去為國家做點事情。”
回國后的潘建偉在中國科大負責組建了量子物理和量子信息實驗室,面對國內量子信息研究領域一片空白的現狀,團隊步履維艱,想要申請到國內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”的質疑聲,他只是潛心研究,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雜志《物理評論快報》上發表了7篇論文。而當時國內高校,在該雜志上一年也發不了幾篇。
為保證與國外信息實時接軌,潘建偉自請做“候鳥”,往返于中外實驗室,而到了2009年,潘建偉辭去國外的職務,將實驗室遷回中科大,當初他送往國外各大頂尖實驗室的年輕人也都陸續回國,組成了如今屢破紀錄的“夢之隊”。
早期實驗室里的同事 ·首次實現五光子糾纏和終端開放的量子態隱形傳輸;
·首次實現16公里自由空間量子態隱形傳輸;
·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形傳態和糾纏分發;
·首次實現多自由度量子隱形傳態,這也被英國物理學會(Physics World)評為“2015年度十大物理學突破”。。。。。。
其中最令世人驚嘆的便是于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”。
潘建偉真的很喜歡薺菜
潘建偉和他的團隊,都有一種“從容不迫”的氣質。
“有一年春天,我在奧地利維也納的實驗做完了,本該盡快趕到德國海德堡去籌建自己的實驗室,可我很留戀在多瑙河邊采摘薺菜的那一份愜意,擔心到海德堡就再也采不了薺菜,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延后,后續的一個重要實驗被別人先做了出來。當時,我感到有些懊惱,尤其是后來我發現在海德堡的內卡河邊其實也有薺菜。
但是,我很快就釋然了:工作是做不完的,這個實驗未能如愿,下個實驗再努力就是了,沒有必要給自己施加那么大壓力,相對悠閑一點,回到實驗室的效率反而會更高。”
潘建偉曾經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”。
潘建偉的這種從容不迫同樣也感染了他的學生。他的一個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,專家質詢為什么只有三篇文章,潘建偉說,因為他沉得住氣,有耐心,做的都是有重要意義的工作。最終,這個學生獲得了該重要獎項。
這些年,人們問他最多的問題就是:“潘建偉,你離諾貝爾獎還有多遠?”
潘建偉曾在接受采訪時提到,在國內會面時,總會被問到最近發的文章、獲的獎;媒體的采訪,也只是關注于成就,而非研究的原因。
“有一年,”潘建偉回憶道:“我正好到奧地利一個山區度假,碰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形傳輸,她說:“我讀過你在《Nature》發表的文章,但是沒讀懂。”這令潘建偉不禁感嘆,大眾眼中與科學毫無關系的八十歲老人竟對科學抱有如此的好奇心。
正如“感動中國”評選委員會給予潘建偉的頒獎詞:嗅每一片落葉的味道,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,站在世界的最前排和宇宙對話,以先賢的名義,做前無古人的事業。潘建偉用行動回應質疑,以身體力行來告訴人們科學的力量。
與未來科學大獎結緣
由于潘建偉在量子通信相關領域做出的貢獻,2017未來科學大獎將當年物質科學獎頒發給他,獎金一百萬美元。
當潘建偉得知自己獲獎的消息時,他謙虛又驕傲的說:“公元前700年,斯巴達人就開始使用某種方法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,變成密碼的方式。
這些密碼,本質上都是會被破解的。因為即使把字符替換掉,每個字符用的頻度仍然是固定的,不管是漢語、英語,還是德語,都有這個規律。
所以,無論是古代的密碼還是現代的密碼,它們都是建立在計算復雜度的基礎上的?;谟嬎銖碗s度的密碼,只要計算能力足夠,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,就是如何能夠找到一種安全的密碼。千百年來,人們一直懷疑,以人類的智力到底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,能夠設計出一種現實的技術,讓無條件安全通信成為可能。這就是我們這些年所做的一些工作和它所達到的結果。”
本文部分內容及圖片來自:
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”二十年
新華社:潘建偉:我用了9年追求所愛的人,這么難的事情都做到了,還有什么不能做成
金華新聞網:科學的價值潘建偉在清華經管學院2018畢業典禮上的演講
科學網:潘建偉:在質疑中前行,讓中國坐穩世界量子通信第一位!
中國經濟網:世界首顆量子衛星成功發射:“墨子號”是怎樣煉成的