全球首顆量子科學實驗衛星「墨子」號背後的科學家潘建偉，中國最大的魅力，就是一切皆有可能
用無窮的耐心
去理解宇宙
也許有一天我們能從方程裡邊解釋愛
—潘建偉
2016年8月16日北京時間凌晨1時40分
全球首顆量子科學實驗衛星「墨子」號在中國酒泉衛星發射中心發射成功
中國領先世界，率先進入量子通訊領域
量子通信是目前為止被驗證過的唯一可提供「信息理論安全」級別的保密通信手段
量子衛星實現了星地量子通信
量子糾纏態
量子糾纏是指粒子在由兩個或兩個以上粒子組成系統中相互影響的現象，這種影響不受距離的限制，即使兩個粒子分隔在直徑達10萬光年的銀河系兩端，一個粒子的變化仍會瞬間影響另外一個粒子。
「墨子」號將展開為期兩年的一系列實驗
首個任務是向北京和維也納的地面站發射糾纏光子對，用它們生成密鑰
此後中國可能發射更多衛星形成安全的通訊網路
30年來，中國在前沿科學上一度遠遠落後於歐美
而今天，中國已經成為重要科學領域的世界領頭羊
在全球領先的「墨子」號成功發射的背後
有一個始終默默耕耘的身影
他就是潘建偉
中國科學院院士
世界科學院院士（The World Academy of Science）
中國科學技術大學教授
中科院量子科學實驗衛星先導專項首席科學家
量子物理學界的至高獎項——國際量子通信獎(the International Quantum Communication Award)獲得者
…
這30年
不僅是中國迅速發展不斷探索的三十年
也是科學家潘建偉上下求索的三十年
馬宅鎮雅坑小學畢業時，他是青聯公社第一名
初中時父母把家搬到了縣城
農村小學畢業語文、英語基礎薄弱的潘建偉第一次感到了吃力
「第一次寫作文，班主任老師只給了40分
當時我是班長，覺得很羞愧」
為了把英語學好，他把同學請到家裡來學，向老師請教，進步非常快
很快就彌補了自己基礎的薄弱
吳寧鎮中畢業時，他還是全年級第一名
勤奮、嚴謹，從不懈怠
他順利進入夢寐以求的東陽中學（浙江名校，這裡曾經培養過嚴濟慈、李正武等數名國內外院士）
東陽中學
潘建偉的故事看起來太像印象中那些刻板的「好學生」
而這是真實的他：他很善於向別人學習，同時始終保持著良好的心態
他像海綿一樣吸收新鮮的知識，對一切保持著單純的好奇心
我認為，做自己喜歡的事是需要耐心的，欲速則不達
我循序漸進地學習、工作
成功了，當然很高興
不成功，也不覺得失去什麼
我一直很努力，但不拼著學
高中時期的學習激發了他對物理的熱愛，為了能在大學繼續研究物理
他甚至放棄了被保送到浙江大學熱門專業的「金門票」
17歲，他終於如願以償進入中國科學技術大學近代物理系學習
一頭扎進別人認為沒什麼用的基礎物理研究
大學時期的潘建偉成為愛因斯坦堅定的崇拜者
他熱愛閱讀《愛因斯坦文集》，幾乎始終隨身攜帶著文集第一卷
後來參加中央電視台《開講啦》節目之前，他還專程託人送給主持人撒貝南一本
身邊的學生更是人手一本
愛因斯坦的散文詩是最深刻，最美的
讓我堅定了研究物理的決心
讓我感覺到從簡單的事實後面可以找到一個規律
現在、將來不會變
本科時潘建偉第一次接觸量子力學，就為其中蘊含的種種神秘而著迷
完成量子基本理論方向的理論物理碩士後
他認識到，量子理論中的各種懸疑需要尖端實驗技術才能驗證
於是碩士畢業後他去了代表世界研究水平的奧地利因斯布魯克大學（Innsbruck University）學習
在選擇國外博士導師的時候
他本來可以選擇自帶諾貝爾獎光環的導師
但因為想要投身量子力學科研一線的執念
他最終選擇了年富力強的Anton Zeilinger（塞林格）教授
這個個子高高、滿臉鬍子，像一隻可愛的熊的Zeilinger教授
是直接把潘建偉變成一個合格的科技工作者的那個人
在和他的交往中
我發現他做的很多事
我也是可以企及的
這對我信心的樹立非常重要
1997年，他們在《自然》（nature）上發表了一篇題為《實驗量子隱形傳態》（Experimental quantum teleportation）的文章，潘建偉是第二作者
那是，量子信息研究在國內還是一片空白，不僅不被承認，甚至被認為是偽科學
曾經幻想著「在中國建一個世界一流的量子物理實驗室」的潘建偉遭遇到了極大的挫折
然而天無絕人之路
這篇文章後來入選《自然》雜誌「百年物理學21篇經典論文」的消息傳到了國內
跟它並列的包括倫琴發現X射線、愛因斯坦建立相對論、沃森和克里克發現DNA雙螺旋結構等等
這個陣容強大得嚇死人
當然，量子隱形傳態的重要性不如那些神級成果，不過也已經相當了不起了
尤其是在基礎科學已經很久沒有革命的當代
潘建偉提交的科研項目終於獲得批准
2001年，潘建偉開始在母校中國科大組建實驗室時就暗下決心
「過去，我們在科研領域常常扮演追隨者和模仿者的角色
而量子信息是一個全新的學科，我們必須學會和習慣做領跑者和引領者」
…
2015年2月26日，國際頂級科學期刊《自然》（Nature）以封面標題的形式發表了潘建偉院士、陸朝陽教授等人的文章：
《單個光子的多個自由度的量子隱形傳態》（「Quantum teleportation of multiple degrees of freedom of a singlephoton」）
1997年的實驗實現了單個光子的單個自由度的量子隱形傳態
潘建偉團隊歷經18年，有了新的進展——「多個自由度」
這項成果後來被英國物理學會（Physics World）評為「2015年度十大物理學突破之首」（the top breakthrough in 2015 around the world）
被中國科技部評為「中國科學十大進展之首」
為什麼這兩個實驗之間隔了18年之久呢？
因為從單個自由度到多個自由度的理論雖然看起來簡單
可是在實驗操作中有非常多的困難
他們「巧妙地設計了利用單光子非破壞測量技術實現自旋和軌道角動量多自由度貝爾態測量的新方案，製備了國際上最高亮度的自旋-軌道角動量超糾纏源、高效率的軌道角動量測量器件，搭建了6光子11量子比特的自旋-軌道角動量糾纏實驗平台」（看不懂沒關係，真的沒關係）
對於量子信息的業外人士來說，這些都是技術細節了
重要的是技術進步都非常新穎，非常困難，通過這些實驗手段的創新，他們終於達到了多自由度隱形傳態的目的
這是現代科研的常態，在一個看似簡單的故事下面隱含著無數的技術細節
由於這項工作的重要性，《自然》在同一期上評論道：
「該實驗為理解和展示量子物理的一個最深遠和最令人費解的預言邁出了重要的一步，並可以作為未來量子網路的一個強大的基本單元。」
這是一個恰如其分的評價
不好說
但是潘建偉和他的團隊如此年輕，就已經有了如此前沿的進展，他們有無限的可能性
將來因為進一步的研究推進得到諾貝爾獎也未可知
科學最大的魅力，就是一切皆有可能
…
量子隱形傳態（quantum teleportation）離產業應用還有很遠的距離
而量子保密通信（量子密碼術）已經接近產業化了
這方面世界最先進的，就是中國
量子密碼術的作用，就是一旦有人竊聽你就立刻能夠知道
而且竊聽者解讀不出信息
實現了物理原理層面的絕對保密
在城際量子通信方面也走在世界前列
今年下半年，國際上首條千公里級光纖量子通信幹線「京滬幹線」將建成
連接北京、濟南、合肥、一直到上海的城域量子通信網路
今天還成功發射了世界第一顆量子科學實驗衛星「墨子」號
它將和「京滬幹線」一同構建起我國廣域量子通信網路
保障我國國防、政務、金融等領域的信息安全
…
1999年的時候，楊振寧院士在中國科大做演講
以下的幾個長遠的因素是使得一個社會、一個國家能夠有輝煌的科技發展的必要條件。
第一個是需要有聰明的年輕人，有頭腦做科學研究；
第二是需要有重視紀律、重視忍耐心、重視勤奮的社會傳統；
第三要有決心；
第四要有經濟條件。
……
中國在20世紀里有前三者，到了21世紀我認為將四者具備，所以我對21世紀中國科技的發展是絕對樂觀的。
當時中國有太多的問題，很多人都認為楊老過於樂觀
而十幾年後的今天，我們已經見證著中國在科學上的騰飛
不僅是那些在前沿科學引領世界的重要科學家
更是無數個真正關心科學，熱愛科學的普通人
科學最大的魅力，就是一切皆有可能
量子力學最大的神秘之一，就是測量的本質誰也不知道
就像薛定諤的貓
你沒打開箱子之前，永遠不知道貓的狀態
而中國又何嘗不是？
從落後模仿到領先世界
中國最大的魅力，就是一切皆有可能
推薦閱讀：
※你完全可以理解量子信息（14）| 袁嵐峰
※在量子研究上,中國側重於量子通信, 而美國側重於量子計算?
※家人陷入龍愛量子傳銷怎麼辦？請看這部大片！丨無路可套
※【視頻】「感人」！龍愛會員千里送「溫暖」，老總收衣服收到手軟。丨無路可套
TAG:墨子号量子科学实验卫星 | 量子 | 中国科学技术大学 |