潘建伟

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潘建伟：

量子世界的领跑者

文｜吴长锋

潘建伟团队实现了“测量器件无关的”量子通

信，从而解决了单光子探测系统易被黑客攻击

的安全隐患，大大提高了现实量子密钥分发系

统的安全性。该成果被美国物理学会《物理》

杂志评选为年度国际物理学重大进展。

前不久，中国科学技术大学潘建伟教授的研究小组，采

用光子级联编码的方式，实现了对于任意噪声都具有高容错

率的薛定谔猫态，朝着实现大尺度量子网络乃至宏观纠缠态

迈出了重要一步。

2001年，1970年出生的潘建伟建立了中国第一个光量子

操纵实验室；2003年，他提出了量子卫星计划，那时他才30岁

出头；2011年，41岁的潘建伟成为当时最年轻的中科院院士。

1997年以来，他和他的团队在《自然》及《自然》子刊、《美国

国家科学院院刊》、《物理评论快报》等国际权威学术期刊上

发表学术论文90余篇，被引用1万余次。

量子世界如此令人着迷

潘建伟选择学习物理，完全出于兴趣爱好。1987年高

考时候，他本有机会被保送到浙江大学读当时的热门专业。

“如果接受保送，可能就无法继续我的物理梦了。”那年潘建

伟考入中国科技大学近代物理系。

“牛顿力学将一切归结为机械运动，既然一切都已注

定，那人活着还有什么意义呢？量子理论以鬼魅般的阵列运

行、以实物的形式到达和离开，这太神奇了！从此发现一切

变得自然而有意义。”潘建伟说，“量子力学是一种积极向上

的科学，令人着迷，又催人奋进。如果一个人是处在‘成功’和

‘失败’的‘迭加态’上，那么个人奋斗会使得他朝着成功几率

较大的状态演化。”

1996年，在中国科技大学获得理论物理硕士学位后，

潘建伟投身奥地利维也纳大学蔡林格教授门下攻读博士学

位。彼时，导师正组织量子信息实验研究方面第一个国际合

作项目。此前，量子信息一直处在理论研究阶段，还没有实

验支撑。

而潘建伟脑子里也正酝酿着一个实验方案。一个月后，

他觉得方案成熟了，便兴奋地向研究小组里报告他的设想。

然而，报告结束后全组没一个人说话。好半天，蔡林格教授

问：“潘，你不知道这就是量子态隐形传输的理论方案吗？你

不知道我们另一个小组正在做这个实验吗？”

潘建伟确实不知道，但他认为这是上天的眷顾。他坚定

地对导师说：“我要加入这个实验！”

1997年，题为“实验量子隐形传态”的研究论文在《自

然》杂志上发表。该成果被公认为量子信息实验领域的开山

之作，被欧洲物理学会和美国物理学会评为世界物理学年度

重大进展，被美国《科学》杂志评为年度全球十大科技进展，

还被《自然》杂志选为“百年物理学21篇经典论文”之一，而

作为论文的第二作者潘建伟，这一年刚刚27岁。

把别人的看家本领学到手

2001年，潘建伟回到中国科大工作。当时无论是研究水

平还是人才储备方面，国内的基础都很薄弱。

潘建伟在与他的同学杨涛教授一道组织科研队伍、开展

实验室建设的同时，还继续在维也纳大学从事多光子纠缠方

面的合作研究。国内研究组成果出得很快，仅2003年一年，作

为第一单位发表在《物理评论快报》的论文就有7篇。

2004年，潘建伟研究组在国际上首次实现五光子纠缠和

终端开放的量子态隐形传输。《自然》杂志发表了这一成果并

称赞说，尽管五粒子纠缠的实现非常困难，但是中国科学技

术大学的潘建伟教授和他的同事们完成了这一壮举。这种新

2003年5月20日，科学家潘建伟在奥地利维也纳实验站演示量子纠缠态远距离分送

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颖的量子态隐形传输是量子纠错和分布式量子信息处理所

需要的关键技术。这一成果同时入选欧洲物理学会和美国物

理学会评选出的年度国际物理学重大进展。这对中国科学家

来说是第一次。

“很自豪！这表明国内研究组在量子纠缠方面的工作已经

成功跃居国际领先水平。”潘建伟说，“我可以离开维也纳了。”

此后，潘建伟以玛丽·居里讲席教授的身份到德国海德

堡大学从事量子存储的合作研究。潘建伟说：“海德堡大学的

冷原子研究处于国际领先地位，我们必须把别人的看家本领

学到手。”

几年下来，潘建伟团队在冷原子量子存储方面形成了丰

富的人才和技术积累，取得了一系列国际领先的研究成果。

2008年，《自然》杂志发表了潘建伟和他的同事完成的题为

“量子中继器实验实现”的研究成果。《自然》杂志称赞该工

作“扫除了量子通信中的一大绊脚石”。

打造国际一流科研团队

回国后，潘建伟致力于将不同学科背景的年轻人送出国

门，到德国、英国、美国、瑞士、奥地利等量子信息研究的优秀

国际小组加以锻炼。这些被“放飞”国外多年的年轻人，如同

风筝收线一般，悉数回国，使中国科技大学团队得到了空前的

壮大。

“我们已经是一个有国际影响力的团队，他们在这里大

有用武之地。”潘建伟领导的中国科大合肥微尺度物质科学

国家实验室量子物理与量子信息研究部可谓人才济济，光是

“青年千人计划”教授、“百人计划”教授就有十来个。

潘建伟带领研究团队取得了多个令人惊羡的“第一”：实

验实现了16公里自由空间量子态隐形传输，创造了当时量子

态隐形传输距离的世界纪录，证明了基于自由空间进行远距

离量子通信的可行性；在国际上首次实验实现了八光子薛定

谔猫态，刷新了由潘建伟团队保持的多光子纠缠态制备的世

界纪录；利用八光子纠缠态，在国际上首次实验实现了拓扑

量子纠错，是量子信息领域以中国为第一单位发表在《自然》

杂志上的首篇长文，被审稿人称为“一个艰苦卓绝的英雄主

义的量子光学实验”；在国际上首次实验实现了百公里量级

的自由空间量子隐形传态和纠缠分发，通过地基实验证明了

实现基于量子卫星的全球量子通信网络和开展大尺度基本

物理问题实验检验的可行性，《自然》审稿人称为“另一个英

雄的实验工作”

。

“在光量子纠缠操纵和量子通信方面，我们

走到了领跑的位置。”潘建伟说。

2012年8月，潘建伟被国际量子通信、测量与计算学会授

予2012年度国际量子通信奖，表彰其“在量子通信和多光子

纠缠操纵方面的先驱性贡献”。他是获得这一荣誉的首位华

人物理学家。

让量子世界造福人间

量子通信技术应用基础研究和应用研究关乎国家信息

安全战略。2009年4月，潘建伟团队在合肥市建立了世界上首

个多节点的全通型光量子电话网，并在60周年国庆阅兵期间

为天安门城楼、中南海等关键地点之间构建了“量子通信热

线”，用于重要信息传送保障。

2012年，潘建伟团队完成了包括几十个节点的合肥城区

量子通信网络示范工程，规模远远超过国际上已有的量子通

信网络，并在合肥市得以应用，标志着大容量的量子通信网

络技术已经取得关键性突破。同年，该团队与新华社合作建

设的“金融信息量子通信验证网”开通，在世界上首次实现

了利用量子通信网络对金融信息的安全传输。同年11月，该

团队研制的“基于量子通信的高安全通信保障系统”投入运

行，为“十八大”等国家重要政治活动提供信息安全保障。

2013年，潘建伟团队实现了“测量器件无关的”量子通

信，从而解决了单光子探测系统易被黑客攻击的安全隐患，

大大提高了现实量子密钥分发系统的安全性。该成果被美国

物理学会《物理》杂志评选为年度国际物理学重大进展。

在国家发改委的支持下，中科院联合相关部门启动了

千公里光纤量子通信骨干网工程“京沪干线”项目，潘建

伟出任该项目首席科学家。2016年前后，将建成连接北

京、上海的高可信、可扩展、军民融合的广域光纤量子通

信网络。

“量子保密通信在城域网上的使用已经基本成熟，快则

两三年，慢则三五年，就可以推广。”潘建伟团队牵头组织了

“量子科学实验卫星”中科院战略性先导科技专项，预计在

2015年到2016年间发射卫星。《自然》杂志新闻特稿中这样写

道，中国将领先欧洲和北美，发射一颗量子科学实验卫星。

这将为物理学家提供一个测试量子理论基础以及探索如何

融合量子理论与爱因斯坦广义相对论的全新平台。

2013年10月30日，何梁何利基金在北京举行2013年度颁奖典礼，潘建伟

（左）摘得本年度何梁何利最高奖

—“科学与技术成就奖”

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