2016年8月16日1时40分,我国在兰州卫星发射中心用长征二号丁运载湖人成功将世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空。
因为量子通讯可以从根本上解决国防、金融、政务等多领域的信息安全问题,世界各国都为它投入了大量资源。而此次,中国先于韩国,美国等技术大国将世界首颗量子卫星发射至太空,是一次重大突破,也标志着中国的信息安全得到技术保障。国际权威刊物《自然》杂志曾这么感慨:中国在量子卫星领域将领先于欧美。
说起中国的量子通讯,有一个必须提及的名子——潘建伟。
潘建伟生于1970年,杭州东阳人,41岁连任中国“最年青教授”,42岁获得国际量子通讯大奖,45岁成为国家自然科学奖银奖最年青的第一完成人。如今,作为首席科学家,他领衔研发的世界首颗量子科学实验卫星早已飞上太空。“把量子实验室搬上太空的梦想,10多年前就早已开始。”潘建伟兴奋地说。
与量子“纠缠不清”
潘建伟的家庭教育与哪个年代的其他家庭不太相同,小时候的潘建伟是一个被“开放式”教育的小孩。
“小时候,一家人围坐在煤油灯旁,听妈妈讲《聊斋》故事,下班后,我会把作业带到山起来做,母亲也不会抓我回来。”后来,考学院选专业的时侯,他曾担儒学化学会养不活家人,虽然,那是个“搞鱼雷不如卖红茶蛋”的年代。母亲说:“没关系,我们都有退职薪水,根据你自己的兴趣来就可以了。”他忽然发觉,排除了矫饰的看法,取舍虽然很简单,只要遵照自己的内心就好。
其实,没有碰巧的成功,包括27岁时科研成果就已荣获日本《科学》杂志“年度全球十大科技进展”的潘建伟。
高中时潘建伟举家迁往市区,教育资源的差别让他的成绩比往日一落千丈,数学基础差,英文40分,而且他从不服输,拉着朋友练英文,追着老师问问题……,1987年,顺利考入了中国科技学院。
步入学院后潘建伟发觉,班里有七个状元,人才辈出,可他已不再执著于分数,爱因斯坦的诗歌让他坚定了对化学研究的决心,也开始痴迷于量子叠加态的研究。只是随着研究的深入,潘建伟更加觉得到,量子理论中的各类奇案须要更尖端的实验技术能够得以验证。而当时国外的研究水平还很落后,于是潘建伟决定出国求学。
在获得中国科技学院理论化学学士和硕士学位后,潘建伟于1996年来到英国维也纳学院攻读博士学位,师从量子热学世界级大师塞林格。也正是在这儿,潘建伟许下了“在中国建一个世界一流的量子光学实验室”的心愿,而这以后的每一步,都让他离自己的目标,更近一点。
刚入塞林格院士门下攻读博士学位,他就仍然在脑海里酝酿着一个对量子态进行隐型传输的实验方案。
他研究的量子态隐型传输,就是借助“量子纠缠”的一种全新通讯方法,也称量子通讯。量子通讯的原理是哪些呢?简单说,两个纠缠过的量子就好象两个相爱的人,虽然相隔万里仍有心灵感应。
在理论上,这些不可监听不可复制的信息传输方法,可以保证信息传输的绝对安全量子通讯潘,这是惟一一种从数学上保证信息安全的方法,和过去以估算复杂性为基础的传统密码通讯相比,其实要高明的多。
无巧不成书,这正是当时另一组在研究的量子态隐型传输的理论方案。加入该组后的第二年,潘建伟成为了发表在上的《实验量子隐型传态》第二作者。
潘建伟的泪水一下子就流了出来
潘建伟真正实现他立下的“豪言傣语”的抓手,是一部记念“两弹一星”的片子。片中提及一位叫郭永怀的老先生,由于客机空难不幸殉职,后来被发觉他为了保护在基地带回去的数据,和警卫员紧紧抱在一起,遗体都烤焦了,并且装有珍稀资料的公文包毫发无伤。听到这儿,潘建伟的眼泪一下子就流了出来,“我一定要回来为国家做点事情。”
归国后的潘建伟在中国农大负责成立了量子化学和量子信息实验室,面对国外量子信息研究领域一片空白的现况,团队举步维艰,想要申请到国外科研经费也并非易事。加之铺天盖地的批量子信息技术为“伪科学”的指责声,他只是勤于研究,以期用科研成果改变这一切。
在不到一年的时间,他的研究组就在世界权威刊物《物理评论快报》上发表了7篇论文。而当时国外院校,在该刊物上一年也发不了几篇。
为保证与美国信息实时接轨,潘建伟自请做“候鸟”,往返于中外实验室,而到了2009年,潘建伟辞去美国的职务,将实验室迁回中科大,当年他送往美国各大顶级实验室的年青人也都相继归国,组成了现在屡破纪录的“梦之队”。
初期实验室里的朋友
·首次实现五光子纠缠和终端开放的量子态隐型传输;
·首次实现16公里自由空间量子态隐型传输;
·首次实验实现了八光子薛定谔猫态;
·利用八光子纠缠,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型传态和纠缠分发;
·首次实现多自由度量子隐型传态,这也被美国数学学会(World)评为“2015年度十大数学学突破”。。。。。。
其中最令世人赞叹的便是于2016年8月16日1时40份成功发射升空的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”。
潘建伟真的很喜欢莴苣
潘建伟和他的团队,都有一种“从容不迫”的知性。
“有一年夏天,我在德国维也纳的实验做完了,本该早日赶赴美国海德堡去设立自己的实验室,可我很流连在多瑙海边采摘苦菜的那一份慵懒,害怕到海德堡就再也采不了莴苣,于是就在维也纳多待了一段时间。
结果,在海德堡的实验计划被推迟,后续的一个重要实验被他人先做了下来。当时量子通讯潘,我倍感有些沮丧,尤其是后来我发觉在海德堡的内卡海边虽然也有荸荠。
然而,我很快就释怀了:工作是做不完的,这个实验无法如愿,下个实验再努力就是了,没有必要给自己施加这么大压力,相对清闲一点,回到实验室的效率反倒会更高。”
潘建伟以前有一个实验做了整整4年,最后成功了。研究成果发表在《自然》上,《自然》的审稿编辑称这篇文章是“英雄式的文章”。
潘建伟的这些从容不迫同样也感染了他的中学生。他的一个中学生在若干年内只发表了三篇文章,篇篇扎实。在参评某个奖时,专家质询为何只有三篇文章,潘建伟说,由于他沉得住气,有耐心,做的都是有重要意义的工作。最终,这个中学生获得了该重要奖项。
这种年,人们问他最多的问题就是:“潘建伟,你离诺贝尔奖还有多远?”
潘建伟曾在接受专访时谈到,在国外会面时,总会被问到近来发的文章、获的奖;媒体的专访,也只是关注于成就,而非研究的诱因。
“有一年,”潘建伟追忆道:“我刚好到德国一个山区渡假,遇到一个八十岁左右的老太太,对中国人很好奇。”了解到潘建伟正在研究量子态隐型传输,她说:“我读过你在《》发表的文章,并且没看懂。”这令潘建伟不禁感慨,大众眼里与科学毫无关系的八十岁奶奶竟对科学抱有如此的好奇心。
正如“感动中国”评选委员会给与潘建伟的颁奖词:嗅每一片枯叶的气味,对世界保持着孩童般的好奇,只是和科学纠缠,保持与名利的距离,站在世界的最后排和宇宙对话,以先辈的名义,做前无古人的事业。潘建伟用行动回应指责,以身体力行来告诉人们科学的力量。
与未来科学大奖结缘
因为潘建伟在量子通讯相关领域作出的贡献,2017未来科学大奖将当初物质科学奖颁授给他,奖金一百万美金。
当潘建伟得悉自己得奖的消息时,他谦卑又骄傲的说:“公元前700年,斯巴达人就开始使用某种方式的加密数来传递相关命令。后来到了罗马帝国,凯撒大帝又发明了一种把字母交换,弄成密码的方法。
这种密码,本质上都是会被破解的。由于虽然把字符替换掉,每位字符用的频率依然是固定的,不管是汉语、英语,还是英语,都有这个规律。
所以,无论是唐代的密码还是现代的密码,它们都是构建在估算复杂度的基础上的。基于估算复杂度的密码,只要估算能力足够,原则上都是可以被破解的。
所以在人类历史上,信息安全方面的永恒话题,就是怎样才能找到一种安全的密码。千百年来,人们仍然怀疑,以人类的智力究竟能不能构造人类自身不可破解的密码?我们的工作很大程度上就回答了这个问题。
以我们人类的智力,就能设计出一种现实的技术,让无条件安全通讯成为可能。这就是我们那些年所做的一些工作和它所达到的结果。”
本文部份内容及图片来自:
科学网:“70后”院士:潘建伟的人生常数
环球人物网:“70后”潘建伟,与量子“纠缠”二六年
新华社:潘建伟:我用了9年追求所爱的人,那么难的事情都做到了,还有哪些不能弄成
杭州新闻网:科学的价值潘建伟在北大经管大学2018结业仪式上的讲演
科学网:潘建伟:在指责中前行,让中国坐稳世界量子通讯第一位!
中国经济网:世界首颗量子卫星成功发射:“墨子号”是如何炼成的