引言
1月8日早上9时，正在人民会堂举行的国家科技奖励会议传来消息，2015年国家最高科技奖再次出现空缺，同样一幕首次发生在11年前的2004年。
数天前与4位国家最高科技奖得主一起获得小行星命名的中国科学首个诺贝尔奖得主屠呦呦，无缘中国科技界的最高荣誉。
国家最高科学技术奖于2000年筹建。每年得奖者不超过两名。迄今已有25位杰出科技工作者获此佳绩，她们的平均年纪超过80岁。
而国家自然科学奖银奖今年出现很大争议，去年的评比工作你们拭目以待，结果不错，来自中国农大的“多光子纠缠及干涉测度”研究摘得此奖，实至名归。
这是一个1997年开始，从跟随到超越的精彩故事。早在2012年12月，《自然》杂志在报导潘建伟团队时曾写道，“在量子通讯领域，中国用了不到10年的时间，由一个不起眼的国家发展成为现今的世界劲旅，将领先于亚洲和北美。”
中国科大学教授潘建伟
文|林梅陈晓雪
“我始终都晓得他（潘建伟）会有一个精彩的职业量子通讯潘，然而他的成功令人无法置信，我想这是任何人都没有预看见的。我为他倍感骄傲。”三年前，德国维也纳学院化学学家Anton在接受《自然》杂志专访时说。
“建伟院士和他的合作者1997年最早开始从事量子态的隐型传输，这实际上是拉开了量子通讯（研究）的一个帷幕。归国之后他率领团队，不光是从量子通讯，很快又扩充到了量子估算等等方面，所以把国家在量子通讯、量子估算这十几年，从跟随者很快的弄成了一个推动者，这方面建伟和他的团队做出了很大的贡献。”2015年4月，在未来峰会的讲堂上，上海学院化学学院士谢心澄这样评价潘建伟。
功到自然成。2016年1月8日，中国科大学教授潘建伟及其团队的“多光子纠缠及干涉测度”研究，获得中国科学技术领域的最高奖项——国家自然科学银奖。
多光子纠缠干涉量度学是基于人类对于量子热学基本问题（如量子纠缠、非定域性）的深入研究和实验量子调控技术的巨大进步发展上去的新兴学科。
依照量子化学理论，人们可以通过对光子、原子等微观粒子的精确操纵，以一种改革性的方法对信息进行编码、调制和传输，在确保通讯安全和提高估算速率等方面才能突破精典信息技术的困局。所以，对于这种微观粒子纠缠的相干操纵是发展实用化量子信息和量子通讯必须的技术打算。
基于这些思路，潘建伟和他的团队选择将光子作为研究和操纵对象，用了十几年的时间，极大地发展了多光子纠缠和干涉技术，并通过操纵光子，率先实现了量子信息处理关键方案（如量子隐型传态）和几乎所有的重要量子算法，以致系统地应用于量子通讯、量子估算和量子精密检测等多个研究方向，不但奠定了广域量子通讯和光学量子信息处理的科学基础，也将量子保密通讯技术带入现实应用。
可以说，以潘建伟为代表的一批“领跑者”，通过发展多光子纠缠干涉量度学，推动和促进了我国的量子信息和量子通讯研究的风潮，也奠定了我国在该领域极具特色的国际优势。
量子通讯和量子信息，无论在国际还是国外，都算得上是年青的前沿学科。对于潘建伟来说，从他作为博士研究生在导师Anton院士的实验组首次实现光子的量子隐型传态算起，也仅仅过去了十八九个年头。
现现在，潘建伟早已率领自己的团队，率先完成了包括五、六、八光子纠缠、利用多光子操纵率先实现量子信息处理关键方案、全面发展了面向实用化保密量子通讯的光量子传输方式等一系列先驱性的系统工作。
他领导的团队主要研究集中在量子通讯、量子估算与模拟、量子精密检测三个方向。其中量子通讯方面有量子保密通讯骨干网工程“京沪干线”、“量子科学实验卫星”在研；在量子估算的基础性研究方面，多次刷新多光子纠缠制备世界纪录；在量子导航、生命科学等方面，促使运用高精度量子检测手段举办研究。
最初的梦想
“我至今仍清晰地记得第一次看到院士时，他问我的梦想是哪些，我回答说：’在中国建一个像您这样的世界领先的量子光学实验室’。”在一篇追忆性的自述中，潘建伟写道。
1996年，潘建伟来到德国因斯布鲁克学院（of），追随阿尔巴尼亚化学学家Anton攻读实验化学学博士学位。
在此之前，潘建伟在中国科学技术学院完成化学专科教育，并取得理论化学硕士学位。在哪里，潘建伟第一次接触到量子热学，了解到在微观世界里有好多奇异的现象。但是，随着研究的深入，潘建伟越发认识到，量子理论中的各类科幻须要尖端的实验技术能够得以验证，而当时国外在这方面与国际先进水平相比还比较落后。
海外留学，中国数学专业的中学生很自然的一个选择是到意大利。事实上，好多中学生开玩笑说，中国科学技术学院的首字母简写“USTC”实际上代表的是“(日本训练中心）”。
那时，Anton在因斯布鲁克学院完善了自己的量子实验室，早已是量子化学领域的专家。他须要找人来验证自己的一些看法。就在此时，26岁的潘建伟来了。
“他刚来时，对实验室的工作一无所知，并且他很快就把握了实验的规则，并开始设计自己的实验。”在《自然》杂志的专访中，说道。
1997年，刚才步入实验室一年的潘建伟和同学完成了最为重要的一个实验，她们在国际上首次隐型传送一个光子的极化状态。
量子隐型传态（）的概念由英国科学家C.H.在1993年提出，是一种由量子态携带信息的通讯方法，借助光子等基本粒子的量子纠缠原理，将量子未知的一个状态传送到另外一个粒子起来。
量子热学中的“不可克隆定律”指出，未知量子状态首先不可克隆，被复制的原量子态会受到破坏，我们并不才能制造出一个量子态完美的复制品，而只能将原量子态从一个粒子完全地传送到另一个粒子，此后第一个粒子将不再处于原量子态。
小组于1997年在实验上实现了基本粒子单一自由度的传输，并且对量子隐型传态来说，真正要传输一个微观粒子的状态，须要把一个微观粒子所有的性质都传过去。这是横贯在世界量子信息科学家面前的一个困局。前面我们晓得，潘建伟和他的团队在2015年年初首次实现了单光子多自由度的量子隐型传态，打破了量子隐型传态历时18年的实验困局。
1999年，潘建伟获得法国维也纳学院实验化学博士学位，此后在小组做博士后研究、高级研究员并兼任联合PI。
2000年左右，国际量子估算和量子加密等前沿研究工作，早已吸引到中国科大学和国家自然科学基金委员会的注意。2001年，刚过而立之年的潘建伟归国开始成立自己的量子化学与量子信息实验室。
此后的十几年中，潘建伟在一步步地实现自己最初加入实验室时的梦想。
中国量子信息梦之队
若果将潘建伟团队称作一支球员，潘建伟的角色就是主教练、总总监。他除了要负责球队的训练，赛事的战略战术，还要眼观西路，耳听八方，负责球队的引进与对外合作。
科学家在成立自己的科研队伍早期，常常哪些都没有，但是团队磨合须要的时间可能更长。辛运的是，潘建伟获得了中科院共计650亿元的科研经费，为实验室启动打下基础。
潘建伟首先从亲自训练自己的中学生开始。中国科学技术学院1998级少年班的陈宇翱是潘建伟归国后招收的第一个硕士研究生，他曾在第29届国际青少年数学奥赛获实验第一、总分第一。2003年，在潘建伟的指导下，陈宇翱搭建了世界上第一个五光子纠缠的实验平台。次年，潘建伟团队在国际上首次实现五光子纠缠和终端开放的量子隐型传态，《自然》杂志发表了这一成果。同年，这一成果荣获法国数学学会和德国化学学会推选出的年度国际数学学重大进展，这对中国科学家来说是第一次。
陈宇翱
但是，踢好一场赛事须要不同位置的队员，实验室建设也须要多学科人才，光学、冷原子化学、电子学、真空等缺一不可。潘建伟晓得，学习美国顶级实验室的先进技术，是快速提高实验室实力的最好办法。
“潘老师按照每位人的研究专长，尽可能地将我们分派到全球各个顶尖的量子研究中心，把握最新研究成果，为此团队中的每位人都各司其职，各有校长。”中国科学技术学院院长、英国剑桥学院化学学博士陆朝阳接受媒体专访时表示。1982年出生的陆朝阳是潘建伟团队的青年骨干，2004年从中国科学技术学院专科结业以后，陆朝阳开始师从潘建伟举办光子纠缠和量子估算方面的研究，曾获中科院青年科学家国际合作伙伴奖（2014）、求是杰出青年学者奖（2014）。
陆朝阳
在潘建伟的推荐下，组里的中学生们分赴日本、美国、瑞士、奥地利等高水平国际小组中接触不同的学科，例如陈宇翱在2004年赴美国海德堡学院学习冷原子量子调控，陆朝阳则在2008年到剑桥学院卡文迪实验室学习基于半导体量子点的固态体系量子调控技术。据悉，在美国学习或工作的张强、陈凯、赵博和邓友金等人也因为各自在单光子侦测器、光量子通讯、原子系综、统计数学理论等方面表现出的能力被潘建伟“相中”，展开合作，直到后来归国加盟。
2008年，海德堡学院的实验装置被潘建伟整体搬迁回交大的同时，利用“百人计划”、“青年万人计划”，这种不同事科背景的年青人，也相继归国，她们归国时基本上都是30岁出头，正处在创新能力的高峰期。
这是一个有着国际一流水平的量子化学实验团队。陈宇翱和陈帅擅长冷原子量子模拟、苑震生和包小辉主攻量子储存，陈增援和邓友金玩转量子理论，而陆朝阳则以其顶级的多光子纠缠和固态量子光学技术在该领域保持国际领先，彭承志更是凭着其在实用化引诱态量子秘钥分发研究和远距离自由空间量子通讯研究上的建树，作为首席科学家助理及科学应用系统负责人，参与领导并组织将于2016年发射升空的量子科学实验卫星项目。
陈出兵（左）、苑震生（右）
完全归国后，潘建伟团队的研究四面开花，连连得分，几乎每年都有重大进展。例如，2009年，潘建伟团队将光纤量子通讯安全距离提升到200公里，成立了世界上首个多节点的全通型光量子电话网，使量子通讯在城市范围内的实用化成为可能。2014年11月，潘建伟及其朋友张强、陈腾云与中国科大学北京微系统所、清华学院的科研人员合作，通过发展高速独立激光干涉技术，结合中科院北京微系统所自主研制的高效率、低噪音超导纳火锅单光子侦测器，将可以抵挡黑客功击的远程量子秘钥分发系统的安全距离扩充至200公里，并将成分辨率提升了3个数目级，创下新的世界纪录。
2015年初，潘建伟、陆朝阳团队在国际上首次成功实现同时传送单光子的两个自由度——自旋（极化）和轨道角动量（OAM），该研究刊载在2月6日的《自然》杂志封面上。国际量子光学专家院士在同期《自然》说：“该实验的实现为理解和展示量子化学的一个最深远和最令人吃惊的预言迈出了重要的一步，并可以作为未来量子网路的一个强悍的基本单元”。年底，该项成果荣获法国数学学会《物理世界》2015年度国际数学学领域的十项重大突破，且高踞榜首。
潘建伟（右）和陆朝阳（左）
你若绽放，清风自来
2012年12月，《自然》杂志在报导潘建伟团队量子通讯研究成果的新闻特稿《量子太空大赛》中指出，“在量子通讯领域，中国用了不到10年的时间，由一个不起眼的国家发展成为现今的世界劲旅，将领先于亚洲和北美。”
如其所言。潘建伟小组的杰出工作吸引了许多国内名校的量子化学研究学者慕名而至，美国卡尔加里学院的理论化学学院士Barry、德国海德堡学院理论化学学院士üller在2013年通过“千人计划”受聘为中科大量子信息与量子科技前沿协同创新中心院长。
同时，潘建伟小组也和国外外多个实验室构建合作，国际上有美国海德堡学院üller组、意大利学院组、德国马普量子光学所Bloch组、英国剑桥学院Mete组等，国外的北大学院翟荟组、北京学院刘雄军组等。
“这些年来随着国家经济实力的提高，在科技研制投入和人才引进力度的降低，我国早已开始在化学学和生命科学领域不断地形成一些有意义的科学成果。对于上述现象心中倍感衷心的高兴。”潘建伟对《知识分子》说。
2016年，对潘建伟团队无疑将是愈发非常的一年。作为我国第一个空间科学卫星计划“空间科学战略性先导科技专项”的重要分项之一，“量子科学实验卫星（QUESS）”将于明年发射。
从应用的角度说，QUESS将进行星地高速量子秘钥分发实验，借以推动广域乃至全球范围量子通讯的最终实现；而从基础研究的角度说，则可以在宏观的距离上检验所谓的量子热学的非局域性，即在新的尺度区间里，量子纠缠的规律会不会有所变化。“如果发觉对现有化学偏离，新的数学就形成了。对量子纠缠而言量子通讯潘，它在宏观的距离上面，会不会有哪些变化，会不会遭到引力的干扰，（通过QUESS）我们就可以对化学学的一些基本问题做一些检验，假如做的比较好，有可能发觉一些新的数学。”潘建伟解释道。
20世纪知名化学学家John曾说道，“过去一百年间量子热学早已给人类带来了这么之多的重要发觉和应用，有理由相信在未来一百年间它就会给我们带来更多兴奋人心的惊喜。”
潘建伟不久前在一次峰会上援引那位世界数学学家对量子热学的期望，其实也可视为他对自己工作的期盼。
附
“潘之队”成员
从左至右：陆朝阳、彭承志、潘建伟、陈宇翱
潘建伟教授
陈出兵院士
彭承志研究员
陆朝阳院士
陈宇翱院士
邓友金院士
张强院士
陈帅院士
陈凯院士
刘乃乐院士
赵博院士
张军研究员
包小辉院士
江晓副研究员
苑震生院士
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