宇宙中耀眼的“腦袋”

邵紅能

27歲，入選美國《科學》雜志“年度全球十大科技進展”;29歲，參與的研究成果被《自然》評為“百年物理學21篇經典論文”;31歲，任中國科學技術大學教授;41歲，成為中國當時最年輕的院士;45歲，獲得國家自然科學一等獎.……他，就是潘建偉，“墨子號”量子科學實驗衛星的首席科學家，也是“中國的量子之父”。

“小宇宙”爆發大能量

上中學時，潘建偉的英語不太好，一次英語課上，他鼓起勇氣舉手發言，可站起來后大腦卻一片空白。那次經歷讓潘建偉十分受挫并暗下決心：“如果將來在國內做出成就，一定要讓別人請我去講學。”

1987年，潘建偉從浙江省東陽中學考入中國科學技術大學近代物理系。后來，在科大理論物理專業讀研時，潘建偉的導師曾對他說，既然很多量子理論馬上突破很困難，那就不妨先做實驗。老師的話，如同峭壁上一個腳掌大小的凸起，讓潘建偉有了攀登的支點。從那以后，實驗成為潘建偉生命中的一部分。

2016年8月16日這天，我國自主研制的世界上第一顆量子科學實驗衛星“墨子號”發射升空。而這一天，潘建偉在指揮中心忙碌著;也是這一天，在距離敦煌不遠的酒泉，潘建偉感慨萬千。“墨子號”的發射成功讓中國在全球領域的遠距離量子通信中占有了絕對的領導地位，他曾在《朗讀者》節目中說：“中國想再次站在世界的舞臺中央，離不開科技的力量。”“墨子號”為我國搶占了量子科技創新的制高點，實現了“領跑者”的轉變，讓無條件安全通信成為可能。

這一切成績的取得，要從他選擇物理專業的那一天說起。對潘建偉來說，1987年9月4日是他人生中一個重要的日子。那天，他來到中國科學技術大學報到，內心那份激動與喜悅他至今記憶猶新。談及選擇物理專業的原因，除了來自中國科學技術大學老校長嚴濟慈的鼓勵，還有潘建偉對這個學科的“喜愛”。選物理，因為比較簡單。潘建偉坦言自己的記憶力并不好，“寫拼音對我來說是最折磨人的事情。但是后來我上了初中才發現，居然還有這么簡單的學科，那就是物理”。其實，發現潘建偉適合學物理的還有他的中學老師韋國清。當時，潘建偉正在數學專業和物理專業之間猶疑。老師說，數學完全靠自由思想的創造，在很大程度像智力游戲。而你是一個感受鮮活，對事物敏感，善于發現規律的孩子，還是更適合學物理。有意思的是，最初在大學上量子力學課時，潘建偉的第一反應是“怎么有這樣胡說八道的東西”。但如今，已成為中國量子科技領軍人物的潘建偉，卻已經與量子“糾纏”了20余年。

一頭扎進量子世界

什么是量子？這大概是所有物理“門外漢”聽到“量子之父”時的第一問。潘建偉是這樣解釋的：“比如你有一瓶水，然后你分成二分之一瓶、三分之一瓶，到最后就變成一個小顆粒了。大家都知道，這個叫作水分子。所謂量子，只不過是微觀世界里一種最小顆粒的統稱。”

1987年，潘建偉在中國科學技術大學近代物理系求學時，接觸到量子力學，發現微觀世界里有很多奇特的現象，與傳統的經典規律完全背道而馳。如此種種神秘現象讓潘建偉對量子產生了極大的興趣，也確立了他研究量子的奮斗目標。本科畢業前，潘建偉集中研究和總結了量子世界的各種佯謬，作為自己的畢業論文。畢業后，他繼續在科大攻讀理論物理碩士學位。1996年碩士畢業后，經導師推薦，潘建偉赴量子科學研究的前沿陣地——奧地利因斯布魯克大學攻讀博士學位。

潘建偉的導師塞林格與他第一次見面時就問他：“你的夢想是什么？”“我要在中國建一個和您的實驗室一樣的世界領先的量子光學實驗室。”為了盡快掌握實驗方面的知識和要領，潘建偉幾乎整日泡在實驗室里。幾個月后，潘建偉就和實驗室的同事完成了一項重要的實驗，即在國際上首次實現光子的量子隱形傳態。這項成果發表在《自然》雜志上，被認為是量子信息實驗領域的開端。至今，這篇論文仍是量子信息科學領域被引用次數最多的實驗論文。此后，潘建偉利用量子糾纏，先后實現了量子糾纏交換、三光子糾纏及其非定域性檢驗、四光子GHZ糾纏和高保真度的量子隱形傳態、量子糾纏純化等重要實驗，成果均發表在《自然》《物理評論快報》等專業刊物上，潘建偉及合作者的工作也多次被歐洲物理學會和美國物理學會評為年度物理學重大進展。

這時，量子信息作為新興科學開始蓬勃發展起來。潘建偉很快了解到，這門科學能夠用一種革命性的方式對信息進行編碼、存儲、傳輸和操縱，可以實現利用任何經典手段都無法完成的信息功能，可以在提高運算速度、確保信息安全、增大信息傳輸容量等方面突破經典信息的極限，帶來極大的應用價值，并具有重大科學意義，勢必會成為推動整個信息產業發展的技術革命。2001年，潘建偉入選“中科院引進國外杰出人才”，并獲得中科院知識創新工程重要方向性項目的支持，在科大組建了量子物理與量子信息實驗室。潘建偉用實驗證實了被愛因斯坦稱為“遙遠地點間幽靈般相互作用”的量子糾纏，解開了微觀粒子蘊含的詭秘和矛盾，把它們送進我們的生活。他和其他量子物理學家一起，為人類開啟了量子世界之窗。

全球通信加速度

在世界最大的綜合性科學組織，即美國科學促進會2019年的年會上，中國“墨子號”量子科學實驗衛星團隊被授予克利夫蘭獎。“墨子號”這個名字寓意特別，因為墨子是中國歷史上的第一位科圣。墨子在《墨經》里面提到“端，體之無序而最前者也”。這個“端”指的就是小顆粒，是組成所有物質的最基本的單位。

此次獲獎的墨子號量子衛星通信科研團隊的成果，就是在潘建偉的帶領下完成的，他們的科研成果曾在2017年6月登在美國《科學》雜志的封面。這期《科學》還刊發了中國科學院院士、中國科學技術大學教授、量子衛星項目首席科學家潘建偉等人的論文。美國《科學》雜志主編杰里米伯格表示：“中國的量子通信研究是一項包含了從基礎物理學到衛星技術等在內的科技成果，近些年中國在科學領域所取得的進展讓我感到非常震撼，這篇論文在眾多競爭者中脫穎而出，它證明了中國現今的科技水平。”

早在2003年，潘建偉就萌生了把衛星送上天，利用天地之間的鏈路做量子科學實驗的想法。這在當時聽起來如天方夜譚，且歐洲、美國當時還沒有過類似的項目。2008年，“墨子號”還在做地面驗證的時候，中科院就“欽點”了中科院上海技術物理研究所的王建宇團隊來做航天載荷，中科院微小衛星中心來做衛星平臺，上海光機所、成都光電院等單位一同參與。潘建偉指出：“科大的量子物理實驗室從組建伊始就是開放式的。”多年的國外頂尖實驗室經驗讓他知道，以自己獨到的地方與國外實驗室形成知識和人才的互換互補，是提升實驗室實力的最好方法。實驗室科學所需的學科非常龐雜，光學、電子學、真空等諸多門類缺一不可。

潘建偉預測，衛星項目到2020年將實現亞洲與歐洲的洲際量子密鑰分發，到2030年左右，中國將率先建成全球化廣域量子通信網絡。過去這些年，“潘建偉團隊”科研成果不斷登上《自然》《科學》等雜志。《自然》雜志在報道潘建偉團隊量子通信研究成果時寫道：“在量子通信領域，中國用了不到10年的時間，由一個不起眼的國家發展成為現在的世界勁旅，將領先于歐洲和北美。”