新华社安徽6月27日电(记者喻菲、徐海涛)“上帝是否掷色子”,这个困惑过爱因斯坦的量子化学核心奥秘同样让潘建伟经常凝心思考,在他眉目间刻出两道深深的沟痕。
从潘建伟第一次认识到量子世界的吊诡诡异到沉溺其中不可自拔已过去20多年。为什么会有量子叠加、量子纠缠这种奇特的现象尚无答案,他却仍然旨在于借助奇特的量子特点来制造不可破译的密码,发展保密通讯,研发强悍的量子计算机……
世界首颗量子卫星“墨子号”从太空构建了迄今最遥远的量子纠缠,证明在1200多公里的尺度上,爱因斯坦都倍感匪夷所思的“遥远地点间的奇特互动”依然存在。作为量子卫星首席科学家的潘建伟还有更大的目标——在地月间构建30万公里的量子纠缠,检验量子化学的理论基础,并探求引力与时空的结构。
在好多人眼中,潘建伟是传奇:29岁,他参与的有关量子隐型传态的研究成果,同伦琴发觉X射线、爱因斯坦构建相对论等影响世界的重大研究成果一起,被《自然》评为“百年化学学21篇精典论文”;31岁,任中国科学技术学院院长;41岁,成为中国当时最年青教授;45岁,获国家自然科学银奖……
得奖无数的他,却说得奖是麻烦,易惹来责难。他是中国科学屋内的名星,是媒体追逐的对象,但他不想当名星,但求科学遭到国人关注。
缘起迷恋
潘建伟1970年3月生于湖北东阳,自小成绩优秀。妈妈从不限制他,由他做感兴趣的事。1987年,他考入中国科学技术学院近代化学系。他对学院生活最深的印象是,朋友间比着起床早睡学习,拚命喝酒通宵读书。
2016年5月28日,在量子保密通讯广州总控中心内,量子科学实验卫星首席科学家潘建伟教授演示实用化量子通讯产品进行远距离保密通话。新华社记者才扬摄
他的学院朋友,现在是暗物质卫星科学应用系统总师的伍健追忆,潘建伟是个很有意思的人。他给潘建伟剃过眉毛,有点像便器盖,而且潘并不吵架。不仅学习,潘建伟也很会享受生活,有次和朋友挪到水闸摸了一盆子田螺回去,在寝室煮着吃。
1990年潘建伟第一次接触量子热学。那时他精典热学、电动热学、统计热学都学得挺好,却完全搞不明白量子热学,有次期中考试量子热学差点没及格。
“双缝实验中,人没有‘看’电午时,就不能说它是从哪条缝过去的,这实在太奇怪了,这不对啊。一个人要么在北京要么在上海,如何会同时既在北京又在上海呢?”量子世界的奇怪与陌生让潘建伟深陷这样的苦思。
如今回看,潘建伟觉得这是最好的现象,“量子热学的创始人之一玻尔说,假如学了量子热学后,你不认为奇怪,不认为不可思议,不犯糊涂的话,那你根本就没学懂。”
量子世界越怪异,潘建伟越想搞明白。于是,他选择与量子“纠缠”下去。
他认识到,化学学终究是门实验科学,再奇妙的理论若得不到实验检验,无异纸上谈兵。但是,上世纪90年代中国缺少举办量子实验的条件。1996年硕士结业后,潘建伟赴量子科研的重镇——奥地利因斯布鲁克学院攻读博士学位,师从量子实验研究的世界级大师塞林格。
一个理论化学专业的硕士,想要很快进入实验量子化学前沿,其中困难可想而知。为早日把握要领,潘建伟几乎整天泡在实验室里。
塞林格在接受新华社记者专访时说,潘建伟刚来读博士时未曾做过实验,但很有实验的天赋。“我派他和一个团队去做量子隐型传态的实验,那是十分复杂的实验。他立刻就接受并投入其中,对实验饱含热情。过了一段时间,他就成为该项实验的领军人物。”
在老师眼中,当实验中出现问题,潘建伟从不胆怯,把困难当作更下层楼的激励,你们总是听他说“情况挺好”,这个特别豁达的人,总能找到解决问题的办法,你们都喜欢他。
“毫无疑惑,他如今是世界上这个领域最好的科学家,我十分为他骄傲。”塞林格说,“我也很鼓励他归国发展,这儿有挺好的机会。中国在量子通讯领域已步入世界先进行列,这儿有很大一部份是潘建伟努力的结果。”
做盘“量子好菜”
潘建伟把握了先进的量子技术后,急切地希望中国在信息技术领域捉住此次超越发达国家并把握主动权的机会。
1997年起,他每年暑假回到交大讲学,为中国在量子信息领域的发展提出建议,推动研究人员步入该领域。2001年,他获得中科院、国家自然科学基金委捐助,在交大成立了量子化学与量子信息实验室。
量子信息研究集多学科于一体,要想突破,须拥有不同事科背景的人才。有一手好厨艺的潘建伟晓得,做盘好菜,须要各类各样的好原料。
潘建伟将不同事科背景的年青人送出国门,到日本、英国、美国、瑞士、奥地利等国学习锻练。就这样潘建伟 量子通讯,他的团队把握了国际上最好的冷原子技术,最好的精密检测技术,最好的多光子纠缠操纵技术……
近些年,潘建伟团队已在《自然》《科学》《物理评论快报》等国际重要学术期刊上发表论文约200篇,被广泛引用。
科学带来内心安宁
实验中难免有让人沮丧沮丧的时侯。但潘建伟说,做自己喜欢的事须要耐心,欲速则不达。“我乐意循序渐进地学习、工作。成功了,其实很高兴;不成功,也不认为失落,就再来一次。关键是享受这个过程带来的乐趣。”
“追求量子化学的奥妙,能让人获得内心的从容和安宁,就像阳光灿烂的夏天,走在青草地上般心情愉快。”他说。
潘建伟是爱因斯坦的崇敬者,学院时就喜读《爱因斯坦选集》,“爱因斯坦的诗歌是最深刻、最美的,对于我,那就是天籁之音。”
“研究量子化学对我的性格、思想形成了影响。在牛顿热学上面,0和1,黑或白,要么绝对正确,要么绝对错误。但量子热学告诉我们,对错、好坏是很难划分的,这时人就显得宽容。”
潘建伟在忙碌工作中出席了好多科普活动,还创立了以科普为目的的墨子沙龙。他说:“建设创新型国家潘建伟 量子通讯,必须培养公众的科学兴趣,提高公众科学素质,否则就不可能建成真正创新的国家。”
摘取化学“皇冠上的明珠”
岁月飞逝。量子世界一如既往地诡异、难以飘忽。神奇的量子纠缠能在时空中无限延伸下去吗?
“至少现今理论是这样的,但其实量子纠缠会遭到引力影响,它的品质会升高。而通过不断地扩充量子纠缠分发的距离,在实验上找寻量子化学和相对论的边界,我们可能对时空结构和引力举办前瞻性研究。”潘建伟说。
下一步,潘建伟希望在地月拉格朗日点上放一个纠缠光源,向月球和地球分发量子纠缠。通过对30万公里或更远距离的纠缠分发,来观测其性质变化,对相关理论给出实验测量。
“我早已47岁了,希望在60岁左右离休前,把这个实验做完。”他说。
假如这个梦想能实现,潘建伟将摘取这个领域“皇冠上的明珠”。
潘建伟觉得,发展量子通讯、量子估算技术是国家重大需求,自己义不容辞,而把量子世界最奇怪的问题厘清楚,是自己内心的原动力。
“量子热学为何会如此奇怪,这个基本问题根本没有解决,我们可能还处于出发点上。对我来说,为何会有量子纠缠,是最深层次的东西,我一直没有忘掉。我把实验做下去,将来可能搞明白。”潘建伟说。
他也觉得,科学理论与实用技术不应被割裂,自己乐意竭尽竭力促使量子技术发展。
“用量子手段可以做好多事情,比如做原子钟、精密检测,甚至可拿来做肿瘤的初期确诊。操纵好量子,将为人类带来巨大福祉。”潘建伟说。