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訪潘建偉團(tuán)隊(duì)量子理論如何為我所用

時(shí)間:2016年08月17日 信息來源:不詳 點(diǎn)擊:2025 字體:

推開量子世界之門


——訪2015年度國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)得主“多光子糾纏及干涉度量”團(tuán)隊(duì)


1月8日,國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)揭曉,中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、彭承志、陳宇翱、陸朝陽、陳增兵為主要完成人的“多光子糾纏及干涉度量”團(tuán)隊(duì)獲此殊榮。


此前一個(gè)月,英國(guó)物理學(xué)會(huì)新聞網(wǎng)站《物理世界》評(píng)選出的2015年度國(guó)際物理學(xué)十大突破公布,潘建偉和陸朝陽因首次實(shí)現(xiàn)同時(shí)量子隱形傳輸一個(gè)基本粒子(光子)的兩個(gè)內(nèi)秉屬性的工作入選,并位列榜首,這也是中國(guó)本土完成的工作首次獲此榮譽(yù)。


什么是“多光子糾纏及干涉度量”


簡(jiǎn)單地說,就是根據(jù)量子物理原理提供的一種全新方式對(duì)信息進(jìn)行編碼、存儲(chǔ)、傳輸和邏輯操作,并對(duì)光子、原子等微觀粒子進(jìn)行精確操縱,以確保通信安全和提升計(jì)算速度等方面可以突破經(jīng)典信息技術(shù)的瓶頸。


“實(shí)現(xiàn)對(duì)多粒子糾纏的相干操縱是量子信息技術(shù)的關(guān)鍵科學(xué)任務(wù),也是量子信息處理的核心物理資源?!迸私▊フf,正如2012年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者Wineland所指出的,“糾纏粒子數(shù)越多,量子力學(xué)非定域性越強(qiáng)烈,對(duì)量子信息處理也越有用”。


2004年,潘建偉團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了五光子糾纏和終端開放的量子態(tài)隱形傳輸,這一成果被《自然》雜志發(fā)表,并同時(shí)入選英國(guó)物理學(xué)會(huì)和美國(guó)物理學(xué)會(huì)評(píng)選出的年度國(guó)際物理學(xué)重大進(jìn)展。此后,潘建偉團(tuán)隊(duì)分別于2007年制備出六光子糾纏、2012年制備出八光子糾纏,并一直保持著糾纏光子數(shù)目的世界紀(jì)錄。


在此基礎(chǔ)上,團(tuán)隊(duì)于2007年在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了安全通信距離超過100公里的光纖量子密鑰分發(fā),2008年實(shí)現(xiàn)了國(guó)際上首個(gè)全通型量子通信網(wǎng)絡(luò),2012年建成首個(gè)規(guī)?;孔油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)。


“這次獲獎(jiǎng),是對(duì)我們多年來深耕在量子領(lǐng)域的肯定。當(dāng)然這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,未來還有更難啃的‘硬骨頭’,要實(shí)現(xiàn)有實(shí)用價(jià)值的量子模擬機(jī)和量子計(jì)算機(jī)的基本功能,起碼要實(shí)現(xiàn)幾十到上百個(gè)量子比特的糾纏?!迸私▊フf。


量子理論如何為我所用


量子有著諸如未知量子態(tài)不可復(fù)制、量子非定域性等不同于宏觀物理世界的奇妙特性,若能掌握這些特性,則有望實(shí)現(xiàn)對(duì)信息處理能力革命性的突破。例如量子具有疊加性,如果能制造出100個(gè)粒子相干操縱的量子計(jì)算機(jī),在某些問題方面的處理能力將會(huì)比目前最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)“天河二號(hào)”還快百億億倍。


利用量子糾纏發(fā)展出的量子隱形傳態(tài),可以將物質(zhì)的未知量子態(tài)精確傳送到遙遠(yuǎn)地點(diǎn),可以實(shí)現(xiàn)從A地到B地的瞬間傳輸。


潘建偉團(tuán)隊(duì)有著明確的科研路線圖:通過量子通信研究,從初步實(shí)現(xiàn)局域量子通信網(wǎng)絡(luò),到實(shí)現(xiàn)多橫多縱的全球范圍量子通信網(wǎng)絡(luò),以保證信息傳輸?shù)慕^對(duì)安全;通過量子計(jì)算研究,為大規(guī)模計(jì)算難題提供解決方案,實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)時(shí)代信息的有效挖掘;通過量子精密測(cè)量研究,實(shí)現(xiàn)新一代定位導(dǎo)航等等。


團(tuán)隊(duì)牽頭承擔(dān)的中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)“量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星”將于今年發(fā)射,屆時(shí)可以實(shí)現(xiàn)高速星地量子通信、并連接地面的城域量子通信網(wǎng)絡(luò),初步構(gòu)建我國(guó)廣域量子通信體系。


“科研需要長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃”


“科研需要長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃和群體作戰(zhàn),不能單打獨(dú)斗”。潘建偉從2001年就開始人才布局。2007年,英國(guó)《新科學(xué)家》雜志曾在“中國(guó)崛起”特刊中,高度評(píng)價(jià)道,“潘和他的同事使得中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)——因而也是整個(gè)中國(guó)——牢牢地在量子計(jì)算的世界地圖上占據(jù)了一席之地”;2012年,英國(guó)《自然》雜志在報(bào)道該項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)量子通信研究成果的新聞特稿中不吝贊美之詞:“這標(biāo)志著中國(guó)在量子通信領(lǐng)域的崛起,從十年前不起眼的國(guó)家發(fā)展為現(xiàn)在的世界勁旅,將領(lǐng)先于歐洲和北美……”


為什么能取得如此多的成果?“有好的機(jī)遇”,彭承志謙虛地說,“興趣決定我們到底能走多遠(yuǎn),堅(jiān)持讓我們時(shí)刻準(zhǔn)備著”。


遇到過困難嗎?“困難經(jīng)常有”,剛完成博士論文時(shí),潘建偉覺得光子糾纏的方向已經(jīng)沒法再深入了,“當(dāng)時(shí)很困惑”,然而堅(jiān)持下來,卻是柳暗花明。


爭(zhēng)論是這個(gè)團(tuán)隊(duì)的常態(tài),團(tuán)隊(duì)成員、菲涅爾獎(jiǎng)得主陳宇翱說,“在學(xué)術(shù)問題上,我們經(jīng)?!臣堋!迸私▊フf,“我隨時(shí)準(zhǔn)備改變我的想法,團(tuán)隊(duì)的開放包容和緊密合作才能促進(jìn)各自的成長(zhǎng)?!?/p>


一份堅(jiān)定的家國(guó)情懷


潘建偉始終不忘一點(diǎn),個(gè)人的命運(yùn)是和國(guó)家緊密相連的,當(dāng)年毅然回國(guó),就是想“通過科學(xué)研究進(jìn)一步提升國(guó)力、造福人類”。


“德國(guó)有著發(fā)達(dá)的科學(xué)技術(shù)和精良的制造業(yè),這些都為德國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起了強(qiáng)大的推動(dòng)作用,而經(jīng)濟(jì)發(fā)展最直接的受益者就是普通百姓?!迸私▊ガF(xiàn)在思考的是,科學(xué)家在基礎(chǔ)研究之外,如何注意科技成果的轉(zhuǎn)化,為經(jīng)濟(jì)發(fā)展作貢獻(xiàn)。


“科學(xué)研究不僅要仰望星空,也要腳踏實(shí)地?!迸私▊ジ锌?,“我們不僅要關(guān)注原始創(chuàng)新,也要鼓勵(lì)成果轉(zhuǎn)化,為國(guó)計(jì)民生做些事情,讓普通老百姓享受科技帶來的利益。”




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