“量子上天”在大蜀山迈开第一步
[摘要]潘建伟讲述量子通讯研究背后的故事
○中国科大内，潘建伟与“墨子号”量子卫星模型合影。新华社 发
由中科大潘建伟团队主导研制的全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”，日前取得重大科研成果，在国际上首次实现千公里级别的“量子纠缠”。
或许不少人并不了解，这一令世界瞩目的科研成果是在合肥大蜀山迈开的第一步。谈起对量子通讯研究的背后故事，潘建伟表示这一度让他“感到很痛苦”，当他提出“卫星方案”之时，还有人觉得“潘建伟疯了”。然而，正是这一“大胆且疯狂”的梦想，奠定了我国在量子领域的领先位置。
提出“卫星方案”组建研究团队
去年世界首颗量子卫星发射升空，掀开了我国量子研究的新篇章，也奠定了我国在量子领域的领先位置。量子通信被认为是理论上绝对安全的通信方式。
但量子卫星首席科学家、中科大教授潘建伟院士表示，其实一开始，他并不想用“上天”这一方式展开量子研究。
“在地面开展量子通讯研究困难重重，因为光子在光纤传输时损耗太大，100公里就损耗了99%，只剩下1%的信号到达接收端。如果传输千公里的距离，每送1个光子大约需要3万年。”潘建伟说，“这就完全丧失了通信的意义”。
在2003年，潘建伟陷入了量子通讯研究的瓶颈。
为了打破研究瓶颈，潘建伟提出了一个“大胆且疯狂”的方案。
2003年，他就向中科院提出利用卫星实现远距离量子纠缠分发的方案。在当时的中科院内部，这个“闻所未闻的想法”也受到了质疑，甚至有人说，“潘建伟疯了”，“这完全是胡说八道！”
“但最后大家还是支持了我，觉得可以让我‘疯狂\’一下。”潘建伟说。
有了想法，又获得了中科院的支持，下一步最要紧的是组建研究团队。这时，潘建伟“看上了”彭承志。而那时的彭承志还是博士生。
“当我向他描述量子通信的前景。他问我：‘潘老师，这个事，是不是挺牛的？”潘建伟说，“当时我想了想，很肯定地告诉他，肯定牛，是世界上最牛的，至少是之一。”
就这样，这位当年还是一头黑发的年轻小伙，加入了潘建伟的团队。从2003年到现在，14年过去，当年的年轻小伙已有了白发，并已成为量子卫星科学应用系统总师、中国科学技术大学的教授，也是这次“千公里”量级重要成果的主要完成人之一。
在大蜀山迈开了“量子上天”第一步
“量子上天？我曾经感觉这是一个遥不可及的梦想！”
“上天？太空？当我第一次听到这个时，感觉这是一个遥不可及的梦想。”彭承志说，2003年，潘老师向他科普量子通讯时，说到量子通讯领域的发展前景，如果要实现长距离的传输，就需要通过太空。
“虽然感觉遥不可及，但我们还是要一步步脚踏实地去实现。”彭承志说，第一步就是要让量子纠缠能穿过大气层。“如果连大气层都穿不过去，那上天根本无从谈起。”
于是，从2003年开始，潘建伟团队在大蜀山开始了量子通讯的研究。
说起当时的实验环境，彭承志回忆说，“我们那个时候激光器的功率很大，纠缠产生的效率又很低，所以一定要水冷。但是我们在那个山顶上，没有自来水，我们搞了两个大水桶，一个水桶的水就这么旋转过来，就是这样冷。”
就是在这样的条件和环境下，他们首次成功证明空间量子通信可破13公里。2005年，在国际物理学权威期刊《物理评论快报》发表了题为《13公里自由空间纠缠光子分发：朝向基于人造卫星的全球化量子通信》的研究论文，为下一步“上天”奠定了基础。
“疯狂的事”变成现实令世界惊叹
梦想还是要有的，万一实现了呢？这一次，潘建伟的团队再一次用实实在在的科学数据，证实了“疯狂的梦想”也可以实现。
2017年6月16日，国际权威学术期刊《科学》杂志刊发相关成果： “墨子号”量子科学实验卫星在国际上率先成功实现了千公里级的星地双向量子纠缠分发，打破了此前国际上保持多年的“百公里级”纪录。
《科学》杂志在一份简介中将这项中国科学家独立完成的工作称为“一项里程碑式的研究”。论文审稿人认为，这一成果是“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”，并断言“绝对毫无疑问将在学术界和广大的社会公众中产生非常巨大的影响”。
“到目前为止，这是我一生中最重要的实验研究成果。”潘建伟对于这项成果给出评价。
全力推进争创量子信息国家实验室
面对这项令世界瞩目的成果，潘建伟说，这项成果是由一个“大团队”做出。除了他们的团队外，还有中科院上海技术物理研究所王建宇研究组、微小卫星创新研究院、光电技术研究院、国家天文台、紫金山天文台、国家空间科学中心等提供的经验。
记者了解到，今年1月10日，合肥综合性国家科学中心建设方案获批。其中，量子信息国家实验室是合肥综合性国家科学中心着力打造的 “七大平台”之一，目前正在推进量子信息与量子科技创新研究院建设，争创量子信息国家实验室，并拟定量子信息与量子科技创新研究院作为争创的量子信息国家实验室核心区。
“量子卫星的成功实施，就体现了要建国家实验室的必要性。我们在合作过程中，建立起来的协同创新的机制，为将来建立一种多学科交叉、协同创新的大体量、大规模科学探索，找到了一条很好的道路。”潘建伟介绍。 合肥晚报 合肥都市网记者 蒋瑜香
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