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翱翔在量子信息领域的国际前沿

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来源: 作者: 2019-05-16 21:58:49

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胡胜友

量子纠缠,被爱因斯坦称为“遥远地点间幽灵般的相互作用”,现在科学家用真实的实验证实了爱因斯坦的想象。为了认识和促进光子之间纠缠状态,中国科大的潘建伟教授同国内及德国、奥地利专家合作,对这一世界性困难研究了近十年。他说:“如果没有国内外同行的交流,孤立地在做,就好比一个燃烧的煤球从炉子里面取出来,它会熄灭一样。”———

1月21日,由565名中国科学院院士、中国工程院院士投票评选出的2006年“中国十大科技进展”在北京揭晓,中国科学技术大学潘建伟教授领导的研究小组的成果《实现两粒子复合系统量子态的隐形传输》榜上有名。这是该小组研究成果最近4年内第三次入选十大科技进展,引发科技界广泛关注。

中国科技大学潘建伟教授领导的研究小组在量子通信领域获得这一系列骄人成绩,奥秘和窍门在哪儿呢?

“工作是靠团队完成的。”潘建伟教授把成绩、荣耀归功于参与研究的每个人。

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人员和研究生们说,这个团队之所以有今天,关键在于有一个民主开明、公平竞争、宽松和谐、宽容失败的创新氛围。

科研必须始终盯着“第一”做文章

“科学研究必须始终盯着‘第一’做文章。在原创性研究领域,第二都是失败!”潘建伟教授如是说。

在国内学术界对量子通讯领域的研究还很陌生的时候,1999年,潘建伟及其同事有关实现未知量子态的远程输送的研究成果,同伦琴发现X射线、爱因斯坦建立相对论等影响世界的重大研究成果一起,被著名的《自然》杂志评为“百年物理学21篇经典论文”。那一年,他才29岁。

2001年,潘建伟教授入选“中科院引进国外杰出人才”后回到中国科大,和他的硕士生导师张永德教授以及同事杨涛、陈增兵等人白手起家,组建了以他为学术带头人的量子物理与量子信息实验室,带领科研人员专心从事量子信息基础和运用方面的研究,,将我国多粒子纠缠态实验研究迅速带入国际领先水平。

作为一名领军人物,潘建伟眼光独到,具有前瞻性。近几年来,他领导的研究小组实现了6个“世界首次”,让世界同行感到惊奇。2004年,潘建伟、杨涛研究小组关于《五光子纠缠和终端开放的量子态隐形传输》的研究成果同时入选欧洲物理学会和美国物理学会的国际物理学年度重大进展;2006年,该研究小组关于《单光子量子态远程克隆》的研究成果再次入选美国物理学会国际物理学年度重大进展。短短5年里,中国科大量子物理与量子信息实验室先后在《自然》杂志发表1篇、《自然·物理》杂志发表2篇(含被接受1篇)、《物理评论快报》发表24篇高水平学术论文。一系列具有世界影响的开创性工作,使该研究团队迅速成长为国际量子信息实验领域的佼佼者,在世界科学前沿牢牢占据一个立足点乃至制高点。

目前,研究小组刚刚完成了操纵六个光子(小的量子计算机)进行量子计算的实验,这个研究进展还没有公开发表。与五光子纠缠相比,6光子纠缠的实验难度是呈指数增长的。如果这1实验结果公布,将成为潘建伟和他的团队的第7那天我坐公交车有个胸非常大的妹子挤到了我面前
个“世界首次”。

在国际前沿展开合作

量子纠缠,被爱因斯坦称为“遥远地点间幽灵般的相互作用”,现在科学家用真实的实验证实了爱因斯坦的想象。为了认识和增进光子之间纠缠状态,潘建伟同国内及德国、奥地利专家合作,对这1世界性困难研究了近十年。

“如果没有国内外同行的交换,孤立地在做,就好比一个燃烧的煤球从炉子里面取出来,它会熄灭一样。”潘建伟说。他在奥地利读博时所在的Zeilinger小组,是该领域最优秀的科研团体之一,至今彼此保持着良好的合作关系。

现年33岁的陈增兵博士是“土生土长”的中国科大人,学士、硕士和博士都是在中国科大完成的,他一直从事量子力学基础理论研究。他利用两粒子高维纠缠态,证明了GHZ定理可以被推广到两体情形,并指出该定理可以在目前的技术条件下利用线性光学进行实验检验,称为“两粒子GHZ定理”;提出了适用于连续变量体系的Bell不等式,给出了用连续变量体系进行分离变量量子信息处理实验研究的理论基础,该工作提出方法已被国际学者所接受并采用,国际上已有多个研究小组进行了跟踪研究。2003年,潘建伟教授推荐陈增兵到德国海德堡大学做访问学者,从事原子系综方面的学习和研究,去年9月他又回到了中国科大。

潘建伟积极推荐自己的学生到国外最领先的研究小组学习,硕士生陈宇翱现在德国海德堡大学攻读博士学位;博士生张强已到斯坦福大学深造;博士生陆朝阳不久也将前往英国剑桥大学。潘建伟说:“我从来不限制他们,关键是激发并培养他们对研究问题的兴趣。这些学生都要送到国外去学习一段时间,从事一项事业必须依靠团队的气力。”

“我到德国海德堡大学参与合作研究,是为了学习量子存储技术,在那里可以提高自己。在量子存储研究方面,海德堡大学是世界上四个最高技术小组之一。三年的合作研究,我们已在量子信息存储研究方向上有了相当的技术积累。从2007年开始,我的工作重心将逐渐转移到国内,以期早日在国内完成量子信息传输技术和存储技术的综合。”潘建伟教授说。

良好的科研气氛,与国际前沿小组联系紧密,加上明确的目标和坚定的决心,年轻的潘建伟凝聚了一支以年轻博士生为主体、学术思想活跃、富有创新开辟精神、具有冲击国际前沿能力的学术队伍。

“没有内外支持不可能发展这么快”

2001年起,潘建伟在中国科技大学负责组建了量子物理和量子信息实验室,该实验室现在已成为筹建中的合肥微尺度物质科学国家实验室的“量子物理与量子信息研究部”。量子物理与量子信息研究部有5个教授,1个副教授,2个博士后,2个博士,培养的硕士、博士生30个。

回想2001年实验室组建之初的情形,潘建伟至今记忆犹新。“当时申请的经费是200万元,而中科院基础科学局拨了400万元,在中科院基础科学局、国家基金委的支持下,让我们从无到有,很快,设备、人员就到位了。”

“一个新兴学科的建立与发展是很艰苦的,没有内外的支持,我所从事的研究不可能发展得这么快。”潘建伟深有感触地说,“中国科技大学很早就比较重视量子信息研究,因为有学校的支持,我们才能够深入做下去。2001年开始组建团队,2002年就有成果,到2003年的时候,在量子通信领域实验研究已经有了很大进展。”

潘建伟回忆说,在2004年的时候,由于项目进展较快,加上学科前沿的激烈竞争,急需经费购买仪器开展新的实验,按照正常渠道申请需要较长时间,这个时候中国科大一次性借给我们300万元科研经费,这为下一步的发展抢占了先机。

目前潘建伟所在团队成员都是30岁左右的青年学者。1969年出身的杨涛教授是年龄最大的一名,他介绍说:“5个教授虽然学科背景不同,但大家在一起工作很愉快。潘建伟在理论和实验领域都有研究,我的学科是电子学,陈增兵、郁司夏偏重于理论,杜江峰研究核磁共振和量子博弈,我们的知识是互补的,在学科交叉中才有新的生长点。”

前瞻性的战略布局和科学准确的战略定位,使实验室的创新能力得到了极大的提升。合肥微尺度物质科学国家实验室去年被列为国家“11五”“量子调控研究”国家科技重大研究计划的两个委托研究基地之一,负责组织实施量子计算的物理实现女书保护重在传承
、量子通信、份子尺度的量子行动和调控等研究项目。

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