作為量子物理和信息科學(xué)的交叉科學(xué)，量子信息技術(shù)用革命性方式對(duì)信息進(jìn)行編碼存儲(chǔ)傳輸和操控，提高計(jì)算的速度，在確保信息安全和增大信息容量等方面突破經(jīng)典物理的限制。如今的量子信息處理，基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究并行發(fā)展，有若干方向已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了實(shí)用化。量子信息科學(xué)帶來的不僅是概念上的創(chuàng)新，更是對(duì)系統(tǒng)信息處理的技術(shù)革命。

師徒同獲獎(jiǎng)

前不久，一條消息引起了大家的關(guān)注：因?yàn)樵诠馀c冷原子的量子操縱領(lǐng)域中的杰出貢獻(xiàn)，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授陳宇翱獲得2013年度菲涅爾獎(jiǎng)。

“獲獎(jiǎng)的瞬間很美妙，但科研是細(xì)水長(zhǎng)流的過程，需要持久不懈的努力來維持，我很喜歡我現(xiàn)在從事的工作，興趣始終是科學(xué)家一直能夠堅(jiān)持的最大動(dòng)力。”陳宇翱在解釋他的研究領(lǐng)域時(shí)說，“我們現(xiàn)在研究的光子和冷原子物理體系，具有天然有機(jī)的互補(bǔ)性。光子作為信息的載體，是最好的載體，而用超冷原子相互作用，把他們結(jié)合起來，可以實(shí)現(xiàn)大尺度的量子通信。”

由歐洲物理學(xué)會(huì)設(shè)立的菲涅爾獎(jiǎng)，以19世紀(jì)著名科學(xué)家菲涅爾命名，是該學(xué)會(huì)授予量子電子學(xué)和量子光學(xué)領(lǐng)域青年科學(xué)家的最高榮譽(yù)。該獎(jiǎng)每?jī)赡觐C發(fā)一次，每次獎(jiǎng)勵(lì)兩名35歲以下的青年科學(xué)家，基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究領(lǐng)域各一名。陳宇翱是獲此獎(jiǎng)項(xiàng)的第二位華人科學(xué)家，而上一位華人獲獎(jiǎng)?wù)哒撬膶?dǎo)師——中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉。

“潘院士是我走進(jìn)量子世界的引路人，他以言傳身教的方式，把我從對(duì)物理很感興趣的大學(xué)生，引導(dǎo)為逐漸取得若干成績(jī)的青年科技工作者。”陳宇翱回憶說，“我第一次見他的時(shí)候是大三，跟他聊了四個(gè)小時(shí)，主要聊的是量子物理。量子物理是很抽象的東西，但是潘老師講得很巧妙，我立刻被吸引，一直到現(xiàn)在。”

像陳宇翱這樣被引入神秘量子寶庫(kù)中的科研工作者還有不少。事實(shí)上，潘建偉領(lǐng)導(dǎo)著一個(gè)世界上首屈一指的量子信息科研團(tuán)隊(duì)。在中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，他領(lǐng)銜的合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室量子物理與量子信息研究部中群星薈萃。這里凝聚了一支以年輕科研人員為主的多學(xué)科交叉創(chuàng)新人才隊(duì)伍，研究骨干中。

個(gè)個(gè)有絕活

“別看我們的科研人員年紀(jì)都不大，他們可都各自身懷絕技。”研究部的陳增兵教授說，量子信息研究涉及物理、化學(xué)、材料、生物、信息等多學(xué)科的融合，研究部在招研究生時(shí)就注意吸收不同學(xué)科背景的學(xué)生；在學(xué)生畢業(yè)后又推薦他們?nèi)サ隆⒂ⅰ⒚馈⑷鹗俊W地利等國(guó)的國(guó)際優(yōu)秀量子信息研究小組，學(xué)習(xí)不同的絕招；在招收新成員時(shí)更是強(qiáng)調(diào)知識(shí)互補(bǔ)，只有身懷某些本團(tuán)隊(duì)急缺技術(shù)的研究人員才能加盟。

“我們培養(yǎng)了很多學(xué)生，很多學(xué)生畢業(yè)時(shí)就會(huì)設(shè)計(jì)好讓他做某個(gè)方向，去不同的實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)新東西。”陳增兵說，近幾年，早先特意“放飛”國(guó)外的年輕人紛紛學(xué)成歸國(guó)，使科大團(tuán)隊(duì)得到了空前的壯大。“我們看中的學(xué)生，希望他們回來的，全都回來了。”

“選擇招攬對(duì)象時(shí)，我們不光看文章，更看重實(shí)際科研和技術(shù)能力。”陳增兵說，在日內(nèi)瓦大學(xué)學(xué)習(xí)過的張軍，發(fā)論文并不多，但他的高速單光子探測(cè)技術(shù)十分扎實(shí)，被邀請(qǐng)加入團(tuán)隊(duì)后，兩三年間就做出了不錯(cuò)的成果。

“我們雖然沒有制訂一個(gè)正式的人才計(jì)劃，但確實(shí)提前部署了一些重點(diǎn)方向。”陳增兵說，“實(shí)驗(yàn)室想長(zhǎng)期發(fā)展，不可能在某個(gè)很窄的方向吊死，布局寬一點(diǎn)，后勁就足一點(diǎn)。”

做冷原子物理的陳帥、苑震生、陳宇翱，做量子點(diǎn)的陸朝陽，做單光子探測(cè)器的張強(qiáng)和張軍，做光量子通信和量子計(jì)算的陳凱，做理論的趙博和鄧友金……這些30多歲身懷絕技的年輕科學(xué)家的加盟，讓科大的量子研究團(tuán)隊(duì)朝氣勃發(fā)。

陳帥與鄧友金的合作就很愉快。陳帥技術(shù)能力強(qiáng)，鄧友金理論功底深，兩個(gè)人搭檔做量子存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)展格外順利。“一個(gè)人很難做好，但合作就容易很多。”陳帥說。

“他們之所以來科大，是因?yàn)槲覀円呀?jīng)是一個(gè)有國(guó)際影響力的團(tuán)隊(duì)，他們?cè)谶@里大有用武之地。”潘建偉說，“他們基本上都比我小5到10歲，正處在創(chuàng)新能力的高峰期。”

“能投入到這個(gè)領(lǐng)域、這個(gè)團(tuán)隊(duì)，對(duì)個(gè)人來說是很幸運(yùn)的事情。”研究員彭承志說，“就像爬山，最要緊是找對(duì)路。”

年年收碩果

優(yōu)秀的人建立了優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)，優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)又吸引了更多優(yōu)秀的人。

這個(gè)優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)用他們的不懈努力做出了累累碩果：從2004年至今，屢次創(chuàng)造糾纏光子數(shù)目的世界紀(jì)錄；2008年做出遠(yuǎn)距離量子通信中所必需的量子中繼器；2009年建立國(guó)際上首個(gè)全通型的量子通信網(wǎng)絡(luò)；2010年實(shí)現(xiàn)了國(guó)際上距離最遠(yuǎn)的量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)——16公里自由空間量子隱形傳態(tài)。

2012年更是他們碩果累累的一年：研究團(tuán)隊(duì)利用自主發(fā)展的高亮度、高純度量子糾纏源技術(shù)，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了八光子糾纏。隨后，他們利用八光子糾纏“簇態(tài)”，在國(guó)際上首次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了拓?fù)淞孔蛹m錯(cuò)，將量子計(jì)算的可容忍錯(cuò)誤率限制放寬1000倍，為實(shí)現(xiàn)可容錯(cuò)的量子計(jì)算奠定基礎(chǔ)。他們還與中科院上海技物所、光電技術(shù)研究所等單位合作，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了百公里量級(jí)的自由空間量子隱形傳態(tài)和雙向糾纏分發(fā)。

不光是基礎(chǔ)研究，2012年他們?cè)诩夹g(shù)應(yīng)用上也取得突破：建成目前國(guó)際上規(guī)模最大的量子通信網(wǎng)絡(luò)——“合肥城域量子通信試驗(yàn)示范網(wǎng)”；開通與新華社合作建設(shè)的“金融信息量子通信驗(yàn)證網(wǎng)”，在世界上首次將量子通信技術(shù)應(yīng)用于金融信息安全傳輸。

今年，他們與中科院上海技術(shù)物理研究所、光電技術(shù)研究所等組成的協(xié)同創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，在國(guó)際上首次成功實(shí)現(xiàn)星地量子密鑰分發(fā)的全方位地面驗(yàn)證，為未來實(shí)現(xiàn)基于星地量子通信的全球化量子網(wǎng)絡(luò)奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

“過去100年間，量子力學(xué)給人類帶來了很多重要發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用；希望后100年間，中國(guó)科學(xué)家在量子世界的研究，可以為人類帶來更多激動(dòng)人心的驚喜。”潘建偉說。

如今，這個(gè)優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)，已憑借其豐碩的研究成果，5次入選歐洲物理學(xué)會(huì)評(píng)選的“年度物理學(xué)重大進(jìn)展”、4次入選美國(guó)物理學(xué)會(huì)評(píng)選的“年度物理學(xué)重大事件”、7次入選我國(guó)兩院院士評(píng)選的“年度中國(guó)十大科技進(jìn)展新聞”。

就在剛剛過去的6月，他們又在《物理評(píng)論快報(bào)》上發(fā)布了新的研究成果。團(tuán)隊(duì)的陸朝陽、劉乃樂研究小組，在國(guó)際上首次成功實(shí)現(xiàn)了用量子計(jì)算機(jī)求解線性方程組的實(shí)驗(yàn)，首次從原理上證明了光學(xué)量子算法的可行性。據(jù)介紹，假使求解一個(gè)億億億級(jí)變量的方程組，即便是用現(xiàn)在世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)也至少需要幾百年，而根據(jù)理論預(yù)計(jì)，利用GHz時(shí)鐘頻率的量子計(jì)算機(jī)將只需要10秒鐘。

茍日新，日日新，又日新。這個(gè)朝氣勃發(fā)的量子信息科研團(tuán)隊(duì)，正在砥礪前行，不斷摘取新的碩果。

（原載于《經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)》2013-07-09 14版）