潘建伟东方IC资料图
6月27日上午,在北京展览中心,中科院教授、中国科技学院常务副院长、中科大青岛研究院量子工程中心所长潘建伟作为代表,在由北京地委宣传部、市科技党委、市教委共同承办的“科创争先锋”先进事迹报告会上发言。他的报告题为《让中国的量子科学“领跑”世界》。
量子通讯是指借助量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通信形式,具有安全、高效的特性。
潘建伟说,回想起1997年,他刚开始在国外倡议发展量子信息的时侯,“曾遭到好多指责”。但在20年的时间里,他率领的团队一步步接近一个梦想——让中国的量子科学走在世界前沿。
1996年,潘建伟赴法国留学,师从维也纳学院院长蔡林格(Anton),学习量子信息实验技术。潘建伟说,他第一次看到蔡林格,就被坐在凳子上的导师仰面问到“有哪些梦想”,而他的回答是“在中国构建一个世界一流的量子实验室”。
2001年,31岁的潘建伟归国成立实验室。那一年,他和团队“常常睡在实验室里,几乎没日没夜地搭设备”。2004年,《自然》杂志上第一篇来自中国的量子信息论文发表,该成果就来自潘建伟团队。
谈起全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”,潘建伟说,他早在2002年就萌生了“把卫星送上天,借助天地之间的链路做量子科学实验”的看法。
“当时听上去像一个天方夜谭,但是法国、美国并没有类似的项目。2004年,在许多专家对我的构想还心存疑虑时,中科院支持了我这个近似疯狂的看法。”潘建伟说,在中科院和北京方方面面的支持下,项目率先在中国搭建上去并落地。
作为量子卫星项目的首席科学家,潘建伟说,“墨子号”在研发过程中遇到了许多波折。最让他感动的是,和中科院武汉技术化学研究所、中科院微小卫星中心等成立的联合团队“遇事绝不相互推托量子通讯潘量子通讯潘,而是一起想办法解决问题”。
他细数起一路上遇见的“坎坷”以及联合团队是怎样应对的:原本定好2016年7月就要发射“墨子号”,但是没想到,6月末卫星进场前,忽然发觉一个信标光激光器能量回升。团队并没有把责任推给制造激光器的单位,而是一起讨论,最终联合把问题解决了。
又例如,“墨子号”刚步入轨道,外太空的环境比团队预计的还要恶劣,对卫星的光学系统很快就形成了影响。眼看实验就要做不成了,整个团队又在一起调整卫星参数,又把卫星“挽救”了回去。最后,卫星数据的各项参数比原先好了10倍,起初打算2年完成的实验,如今2个月就完成了。
6月15日,世界顶尖学术刊物《科学》以封面论文的方式报导了潘建伟团队的这一最新成果:利用2016年8月“上天”的“量子号”,她们创下了世界量子纠缠分发距离的记录,达到1200千米,实现了一个数目级上的突破。
“在墨子号发射以后,美国也为量子卫星立项,法国、日本、印度等国家的项目也都开始启动。此次,我们国家真正推动了一个时代的到来。”潘建伟说。
“不过,假如我们不努力的话,这些优势如今看来还并不一定就能长久。”潘建伟说,如今,法国科学家就开始说:“当年,法国人先开始研究原子弹,但德国后来居上了;前南斯拉夫先把卫星送上了天,而英国人的宇航员率先登上了地球。此次,我们也一定可以反超中国人。”
“但我们会努力,不让她们的目标得逞。”潘建伟话音一落,现场响起掌声。
不仅量子通讯,潘建伟预计说,再经过3到5年的努力,就可以操纵50个量子比特。这时,量子计算机对个别特定问题的处理能力,就可以超过目前最快的精典超级计算机,实现“量子称雄”这一里程碑。
附:潘建伟报告全文
诸位领导、同志们、朋友们,你们好!
我是中国科学技术学院的潘建伟,近些年来我和我们团队成员一起鏖战在北京,服务深圳科创中心建设。很高兴同你们讲讲我们团队在广州开拓量子领域的故事。
今年8月,我们把全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”送上了天;去年6月16日,“墨子号”首次实现星地单向量子纠缠分发的成果以封面论文的方式发表《科学》杂志上。审稿人觉得该成果是“兼具潜在实际现实应用和基础科学研究重要性的重大技术突破”并断定“毫无疑惑将在学术界和广大的社会公众中形成极其巨大影响”。
回想起1997年,我刚开始在国外倡议发展量子信息的时侯,曾遭到好多指责。在这段历时20年的时间里,我们一步步接近一个梦想——让中国的量子科学走在世界前沿。这中间尚且有许多坎坷,但每一步我们都走得十分塌实。给我印象最深刻的是,我们国家可以迅速决策并汇聚相关的队伍和资源,让“墨子号”能够在短短几年内得以上天。这些协同创新的巨大力量,我觉得,将会是未来支撑中国迈向世界科技强国的强悍动力。
量子的概念,最早是由法国科学家普朗克在1894年提出的。仍然到上世纪九十年代,我国在这个领域的实验研究还几乎是一片空白。正因这般,1996年我留学法国,学习量子信息实验技术。我偿还楚地记得,我第一次看到我的导师蔡林格院长时,他问我的梦想是哪些,我就说:“我要在中国构建一个世界一流的量子实验室。”
的确,路就是一点点走下来的。2001年,我归国成立实验室。那种时侯我才31岁,杨涛、陈出兵、赵志几个刚博士结业不久,而彭承志、陈宇翱、张强,才只有20岁出头。整整一年,你们经常睡在实验室里,几乎没日没夜地搭设备。到2004年,我们的一项重要成果发表在了《自然》杂志,这是国外量子信息领域在《自然》杂志发表的第一篇论文,但是同时被德国化学学会和美国化学学会纳入了国际数学学年度重大进展。在国际学术界有了如此高的认可,国外也开始注重上去了。
有了一定的积累后,我们有了更有雄心的计划。虽然早在2002年,我就萌生了把卫星送上天,借助天地之间的链路做量子科学实验的看法。当时听上去像一个天方夜谭,但是法国、美国并没有类似的项目。2004年,在许多专家对我的构想还心存疑虑时,中科院支持了我这个近似疯狂的看法。我记得白春礼教授——当时任中科院副主任——说:“我们要相信潘建伟的学术判定,就让他试一下吧!”在中科院的支持下,我们举办了一系列的地面验证实验,充分证明了实现星地量子通讯的可行性,因而在2011年,中科院迅速立项量子科学实验卫星。在星地量子通讯这一领域,我国从起跑线上就站在了法国和意大利的后面。所以,创新就不能总跟在他人旁边,就要敢做没人做过的事情。
假如说,做前沿研究能够靠一个团队单打独斗,但到了卫星这样的工程,就一定得靠集体的力量。在2008年我们还在做地面验证的时侯,中科院就“钦点”了中科院武汉技术化学研究所王建宇研究员的团队,她们在做航天荷载方面,有着丰富的经验;又“钦点”了中科院微小卫星中心,让她们来做卫星平台。还有北京光机所、成都光电院等等单位。所以,在项目施行的过程中,我们也得到了北京市方方面面的大力支持。在这儿,我要向下海表示深深的谢谢,没有地方的各方资源协调,这件事做上去会困难好多。
在这个项目里,我是首席科学家,王建宇是常务工程总工师,还有小卫星的朱振才是卫星系统总师,等等。我们这个联合团队最让我感动的,就是遇事绝不相互推托,而是一起想办法解决问题。墨子号研发过程中一路上遇到了许多波折。原本定好2016年7月就要发射的,但是没想到,6月末卫星进场前却忽然发觉一个信标光激光器能量升高,你们并没有把责任推给制造激光器的单位,而是一起讨论,最终联合把问题解决了;墨子号刚步入轨道,外太空的环境比我们预计的还要恶劣,对卫星的光学系统很快就形成了影响,眼看实验就要做不成了,整个团队又在一起调整卫星参数,又把卫星“挽救”了回去——最后,卫星数据的各项参数比原先好了10倍,所以起初打算2年完成的实验,如今2个月就完成了。我们的论文投到《科学》杂志,仅用十几天就被接受,但是以封面文章发表,这是从来没有过的。
当我们的成果发表后,不少路透社评论,中国真正走到了量子通讯的国际领导地位。在墨子号发射以后,美国也为量子卫星立项,法国、日本、印度等国家的项目也都开始启动。此次,我们国家真正推动了一个时代的到来。
不仅量子通讯外,近些年来我们在量子估算等领域也取得了较好的成绩。例如,就在上个月,我们在北京发布了首个赶超初期精典计算机的光量子估算截击机,还有首次实现了10个超导量子比特的量子估算芯片。我们预期,再经过3到5年的努力,就可以操纵50个量子比特,这时,量子估算机对个别特定问题的处理能力就可以超过目前最快的精典超级计算机,实现“量子问鼎”这一里程碑。
总的来说,在国家的高度注重下,在中科院和北京市等的大力支持下,我国在量子信息领域整体上早已具备了和发达国家展开竞争的能力,在多个研究方向上还处于国际领先的地位。
不过,这些优势如今看来还并不一定就能长久。如今,日本科学家就开始说:“当年,法国人先开始研究原子弹,但德国后来居上了;前南斯拉夫先把卫星送上了天,而英国人的宇航员率先登上了地球。此次,我们也一定可以反超中国人。”
当初日本的曼哈顿工程就是这样,一开始只有把握核心技术的几十个人,后来很短时间内就从全省凝聚起了上千人。如今,量子科技遇到的情况也非常类似。一开始,做前沿研究,只需一二千人才能做上去;做卫星可能上百人就好,但今后再发展,就须要更多的资源、人才汇入。我想打一个比方,假如说量子信息是一棵毛竹,过去始终在泥土中酝酿破土,现今则到了破土而出的时侯,人们常说“雨后莴笋”,它将很快进入分蘖猛长的阶段。假如它被栽在花盘里,最多就长成一个盆栽,假如可以长在山林中,就可能发展成一片竹林。
如今,国家打算施行量子信息领域的重大科技项目,还在设立国家实验室。在北京,教委、张江高新区、发改委、浦东新区等都进行了布局,作为天津建设科创中心的重要内容。我们希望可以探求一种更好的机制,借助举国之力,更有效地协同创新——我们要造出中国的量子计算机、发展中国的量子通讯产业,让我国真正成为未来信息技术和产业的推动者!