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第83集 潘建伟和他的量子之梦

第83集 潘建伟和他的量子之梦 0:00/0:00
最新发布时间: 2020-02-23   浏览数:
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  2016年8月16日1时40分,在酒泉卫星发射中心,长征二号丁运载火箭成功发射升空一颗卫星,它是全球首颗量子科学实验卫星——墨子号 

  “墨子号”的成功发射,使我国在世界上首次实现了卫星和地面之间的量子通信,构建出天地一体化的量子保密通信与科学实验体系。 

  2019年1月31日,美国科学促进会宣布,中国科学技术大学潘建伟教授领衔的“墨子号”量子科学实验卫星科研团队被授予“2018年度克利夫兰奖”,以表彰研究团队通过实现“千公里级”星地双向量子纠缠分发,推动大尺度量子通信实验研究做出的贡献。这是克利夫兰奖设立90多年来,我国科学家在本土完成的科研成果首次获得这一荣誉。 

  在很多人眼里,潘建伟教授有着传奇般的人生经历:27岁,入选美国《科学》杂志“年度全球十大科技进展”;29岁,他参与的有关量子隐形传输的研究成果,被《自然》杂志评为“百年物理学21篇经典论文”,和爱因斯坦的相对论并列;31岁,任中国科学技术大学教授;32岁,入选教育部“长江学者奖励计划”特聘教授;41岁,当选为中国科学院院士;42岁,获得国际量子通信大奖;45岁,以第一完成人获得国家自然科学一等奖等等。潘建伟的人生履历,在大多数人眼里充满了无数的惊叹号。 

  2017年12月19日凌晨,国际顶尖学术刊物、英国《自然》杂志对外发布2017年度十大科学人物,中国科学院院士潘建伟入选。《自然》杂志以《量子之父》为题报道了潘建伟,文章第一句这样写道:“在中国,有人称他为‘量子之父’。对于这一称呼,潘建伟当之无愧。在他的带领下,中国成为远距离量子通信技术的领导者。” 

  潘建伟教授和他的量子研究,像磁石一样吸引着媒体和众人的眼球。顶尖科学家、最年轻院士、“梦之队”的领头羊等等,这些是他的传奇所在。而这些成就,正是因为他对祖国的挚爱,因为他对科学的痴心。 

  潘建伟,1970年3月出生于浙江东阳,自小成绩优秀。父母从不限制他,由着他做感兴趣的事。1987年,17岁的潘建伟考入中国科学技术大学近代物理系。他对大学生活最深的印象是,同学之间比着早起、晚睡学习,拼命喝茶熬夜读书。 

  1990年潘建伟第一次接触量子力学。那时,经典力学、电动力学、统计力学,他都学得很好,却完全搞不明白量子力学,有一次期中考试量子力学差点没及格。 

  量子力学的创始人之一玻尔曾说,如果学了量子力学后,你不觉得奇怪,不觉得不可思议,不犯糊涂的话,那你根本就没学懂。 

  量子世界越古怪,潘建伟就越想搞明白。于是,他选择与量子“纠缠”下去。随着量子信息前沿领域知识的不断获取,潘建伟敏锐地洞察到这一学科在未来必有大的发展。于是,他及时追踪国际前沿,走出了自己的研究道路。 

  1996年留学奥地利的潘建伟,第一次见到导师塞林格教授时,导师问道:“你的梦想是什么?”潘建伟脱口而出“在中国建一个世界一流的量子物理实验室”。 

  毕业后,国外实验室纷纷向潘建伟抛来橄榄枝,可他做出了一个出乎老师和同学们意料的决定——回国。 

  2001年,潘建伟重新站在祖国大地上,回到自己的起点——中国科技大学,开始组建“量子物理和量子信息”实验室。克服基础设施薄弱和人才储备不足的困难,在不到一年的时间,他的研究组作为第一单位在世界权威杂志《物理评论快报》上发表了7篇论文,而当时国内高校在这一杂志上,一年也发不了几篇。 

  时至今日,潘建伟研究团队在成长过程中收获了一系列让人惊艳的研究成果,屡创世界第一。在之前的节目中,我们也有分享过。(关注非常科学的微信公众号,可以获取相关精彩内容)例如,首次实现五光子纠缠和终端开放的量子态隐形传输;首次实验实现了拓扑量子纠错;首次实验实现了百公里量级的自由空间量子隐形传态和纠缠分发;首次实现多自由度量子隐形传态等等。 

  在今天节目一开始我们说到,2016年,潘建伟研究团队自主研制的,世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”,在酒泉卫星发射中心成功发射。我国量子卫星实现了“一步千里”的世界跨越,这也意味着量子通信向实际应用迈出了一大步。 

  “墨子号”通过向地面发射光子,每对处于纠缠状态的光子中的一个,发向青海德令哈站,另一个发向云南丽江站,两个地面站之间的距离达到1203公里。这是世界上首次实现千公里量级的量子纠缠。 

  如今,这项技术已经在金融通讯和潜艇导航方面被实际应用。在这个领域,我国已经成为了全世界的领跑者。 

  量子卫星的成功发射和在轨运行,有助于我国在量子通信技术实用化整体水平上,保持和扩大国际领先地位,实现国家信息安全和信息技术水平跨越式的提升,对于推动我国空间科学卫星系列可持续发展,有着非常重要的意义。 

  美国波士顿大学的量子物理学家亚历山大·谢尔吉延科说:“这个事确实很让人激动,因为是首次开展此类试验,对全球都有重要意义。量子通信的竞赛自1995年欧洲科研人员在日内瓦湖底进行量子密钥分发的最初演示时就开始了。在那以后,英国、美国、日本和中国等国家,都在探索城市间的量子通信网络,而现在这场竞赛从地面进入了太空,因为卫星能连接相距遥远的不同都市。中国在发射量子卫星方面走在了前面。” 

  从潘建伟教授开始接触量子力学,一直到今天,已经二十多年过去了。潘建伟初见老师塞林格时,那段关于梦想的对话言犹在耳。当年的梦想已经逐步变成了现实,而潘建伟的初心还在,相信他和他的团队必将走得更远。 

  下一步,潘建伟教授希望在地月拉格朗日点上,放一个纠缠光源,向地球和月球分发量子纠缠。通过对30万公里或更远距离的纠缠分发,来观测对应的性质变化,对相关理论给出实验检测。 

  潘建伟教授说道:“我希望在60岁左右退休前,把这个实验做完。发展量子通信、量子计算技术是国家重大需求,我义不容辞,而把量子世界最奇怪的问题搞清楚,是我内心的原动力。科学理论与实用技术不应该被割裂。用量子技术可以做很多事情,例如做原子钟、精密测量,甚至可用来做癌症的早期诊断。操纵好量子,将为人类带来巨大福祉。” 

  如今的潘建伟获奖无数,人们说他是离诺贝尔奖很近的人。可在潘建伟眼里,自己对物理学的钻研,跟这些奖没有任何关系,所做的努力,只是来自最初的好奇心。 

  潘建伟教授带领的科研团队,被称为我国物理学的“梦之队”,他的许多弟子都在世界上最好的实验室深造过,但是老师的报国心深深地影响了他们,学成之后,没有一个留在国外,都毫不犹豫地回到老师身边。 

  除了量子通信,潘建伟和他的团队还在量子计算、量子模拟和量子精密测量等领域深入开拓,目标也很明晰。例如,在量子计算方面,处理波色取样等特定问题上,5年内达到商用CPU计算能力,10年内超越“天河二号”超级计算机的计算能力。这样的目标意味着什么?用潘建伟教授的话来说就是,量子世界的“圣杯”,他和他的团队终将捧起。 

  一个真正的科学家,必须保持初心,必须有责任心,必须有无穷的耐心,去理解这个宇宙究竟是怎样的。这是科学探索的动机,也是潘建伟教授能成为我国优秀量子物理学家的动机。相信,未来他和他的团队会为实现中国科技强国梦,贡献更大的力量。 


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