潘建偉：量子信息到了破土而出的時候，即將進入拔節猛長階段

「我想打一個比方，如果說量子信息是一棵竹子，過去一直在泥土中醞釀破土，現在則到了破土而出的時候，人們常說『雨後春筍』，它將很快進入拔節猛長的階段。」

6月27日下午，在上海展覽中心，中科院院士、中國科技大學常務副校長、中科大上海研究院量子工程中心主任潘建偉作為代表，在由上海市委宣傳部、市科技黨委、市科委共同主辦的「科創爭先鋒」先進事迹報告會上發言。他的報告題為《讓中國的量子科學「領跑」世界》。

量子通信是指利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型的通訊方式，具有安全、高效的特點。

潘建偉說，回想起1997年，他剛開始在國內呼籲發展量子信息的時候，「曾受到很多質疑」。但在20年的時間裡，他帶領的團隊一步步接近一個夢想——讓中國的量子科學走在世界前沿。

1996年，潘建偉赴奧地利留學，師從維也納大學教授蔡林格(Anton Zeilinger)，學習量子信息實驗技術。潘建偉說，他第一次見到蔡林格，就被坐在椅子上的導師仰頭問到「有什麼夢想」，而他的回答是「在中國建立一個世界一流的量子實驗室」。

2001年，31歲的潘建偉回國組建實驗室。那一年，他和團隊「常常睡在實驗室里，幾乎沒日沒夜地搭設備」。2004年，《自然》雜誌上第一篇來自中國的量子資訊理論文發表，該成果就來自潘建偉團隊。

談起全球首顆量子科學實驗衛星「墨子號」，潘建偉說，他早在2002年就萌生了「把衛星送上天，利用天地之間的鏈路做量子科學實驗」的想法。

「當時聽起來像一個天方夜譚，而且歐洲、美國並沒有類似的項目。2004年，在許多專家對我的設想還心存疑惑時，中科院支持了我這個近似瘋狂的想法。」潘建偉說，在中科院和上海方方面面的支持下，項目率先在中國搭建起來並落地。

作為量子衛星項目的首席科學家，潘建偉說，「墨子號」在研製過程中碰到了許多坎坷。最讓他感動的是，和中科院上海技術物理研究所、中科院微小衛星中心等組建的聯合團隊「遇事絕不互相推諉，而是一起想辦法解決問題」。

他細數起一路上遇到的「坎坷」以及聯合團隊是如何應對的：本來定好2016年7月就要發射「墨子號」，可是沒想到，6月底衛星進場前，突然發現一個信標光激光器能量下降。團隊並沒有把責任推給製造激光器的單位，而是一起討論，最終聯合把問題解決了。

又比如，「墨子號」剛進入軌道，外太空的環境比團隊預計的還要惡劣，對衛星的光學系統很快就產生了影響。眼看實驗就要做不成了，整個團隊又在一起調整衛星參數，又把衛星「挽救」了回來。最後，衛星數據的各項參數比原來好了10倍，原本準備2年完成的實驗，現在2個月就完成了。

6月15日，世界頂級學術期刊《科學》以封面論文的形式報道了潘建偉團隊的這一最新成果：藉助2016年8月「上天」的「量子號」，他們創下了世界量子糾纏分發距離的記錄，達到1200千米，實現了一個數量級上的突破。

「在墨子號發射之後，加拿大也為量子衛星立項，歐洲、日本、印度等國家的項目也都開始啟動。這次，我們國家真正引領了一個時代的到來。」潘建偉說。

「不過，如果我們不努力的話，這種優勢現在看來還並不一定能夠長久。」潘建偉說，現在，美國科學家就開始說：「當年，德國人先開始研究原子彈，但美國後來居上了；前蘇聯先把衛星送上了天，而美國人的宇航員率先登上了月球。這次，我們也一定可以反超中國人。」

「但我們會努力，不讓他們的目標得逞。」潘建偉話音一落，現場響起掌聲。

除了量子通信，潘建偉預計說，再經過3到5年的努力，就可以操縱50個量子比特。這時，量子計算機對某些特定問題的處理能力，就可以超過目前最快的經典超級計算機，實現「量子稱霸」這一里程碑。

附：潘建偉報告全文

各位領導、同志們、朋友們，大家好！

我是中國科學技術大學的潘建偉，近年來我和我們團隊成員一起奮戰在上海，服務上海科創中心建設。很高興同大家講講我們團隊在上海開拓量子領域的故事。

去年8月，我們把全球首顆量子科學實驗衛星「墨子號」送上了天；今年6月16日，「墨子號」首次實現星地雙向量子糾纏分發的成果以封面論文的形式發表《科學》雜誌上。審稿人認為該成果是「兼具潛在實際現實應用和基礎科學研究重要性的重大技術突破」並斷言「毫無疑問將在學術界和廣大的社會公眾中產生非常巨大影響」。

回想起1997年，我剛開始在國內呼籲發展量子信息的時候，曾受到很多質疑。在這段長達20年的時間裡，我們一步步接近一個夢想——讓中國的量子科學走在世界前沿。這中間固然有許多曲折，但每一步我們都走得非常踏實。給我印象最深刻的是，我們國家可以迅速決策並凝聚相關的隊伍和資源，讓「墨子號」能夠在短短几年內得以上天。這種協同創新的巨大力量，我認為，將會是未來支撐中國走向世界科技強國的強大動力。

量子的概念，最早是由德國科學家普朗克在1894年提出的。一直到上世紀九十年代，我國在這個領域的實驗研究還幾乎是一片空白。正因如此，1996年我留學奧地利，學習量子信息實驗技術。我還清楚地記得，我第一次見到我的導師蔡林格教授時，他問我的夢想是什麼，我就說：「我要在中國建立一個世界一流的量子實驗室。」

的確，路就是一點點走出來的。2001年，我回國組建實驗室。那個時候我才31歲，楊濤、陳增兵、趙志幾個剛博士畢業不久，而彭承志、陳宇翱、張強，才只有20歲出頭。整整一年，大家常常睡在實驗室里，幾乎沒日沒夜地搭設備。到2004年，我們的一項重要成果發表在了《自然》雜誌，這是國內量子信息領域在《自然》雜誌發表的第一篇論文，並且同時被美國物理學會和英國物理學會列入了國際物理學年度重大進展。在國際學術界有了這麼高的認可，國內也開始重視起來了。

有了一定的積累後，我們有了更有雄心的計劃。其實早在2002年，我就萌生了把衛星送上天，利用天地之間的鏈路做量子科學實驗的想法。當時聽起來像一個天方夜譚，而且歐洲、美國並沒有類似的項目。2004年，在許多專家對我的設想還心存疑惑時，中科院支持了我這個近似瘋狂的想法。我記得白春禮院長——當時任中科院副院長——說：「我們要相信潘建偉的學術判斷，就讓他試一下吧！」 在中科院的支持下，我們開展了一系列的地面驗證實驗，充分證明了實現星地量子通信的可行性，因此在2011年，中科院迅速立項量子科學實驗衛星。在星地量子通信這一領域，我國從起跑線上就站在了歐洲和美國的前面。所以，創新就不能總跟在別人後面，就要敢做沒人做過的事情。

如果說，做前沿研究還能靠一個團隊單打獨鬥，但到了衛星這樣的工程，就一定得靠集體的力量。在2008年我們還在做地面驗證的時候，中科院就「欽點」了中科院上海技術物理研究所王建宇研究員的團隊，他們在做航天載荷方面，有著豐富的經驗；又「欽點」了中科院微小衛星中心，讓他們來做衛星平台。還有上海光機所、成都光電院等等單位。所以，在項目實施的過程中，我們也得到了上海市方方面面的大力支持。在這裡，我要向上海表示深深的感謝，沒有地方的各方資源協調，這件事做起來會困難很多。

在這個項目里，我是首席科學家，王建宇是常務工程副總師，還有小衛星的朱振才是衛星系統總師，等等。我們這個聯合團隊最讓我感動的，就是遇事絕不互相推諉，而是一起想辦法解決問題。墨子號研製過程中一路上碰到了許多坎坷。本來定好2016年7月就要發射的，可是沒想到，6月底衛星進場前卻突然發現一個信標光激光器能量下降，大家並沒有把責任推給製造激光器的單位，而是一起討論，最終聯合把問題解決了；墨子號剛進入軌道，外太空的環境比我們預計的還要惡劣，對衛星的光學系統很快就產生了影響，眼看實驗就要做不成了，整個團隊又在一起調整衛星參數，又把衛星「挽救」了回來——最後，衛星數據的各項參數比原來好了10倍，所以原本準備2年完成的實驗，現在2個月就完成了。我們的論文投到《科學》雜誌，僅用十幾天就被接受，並且以封面文章發表，這是從來沒有過的。

當我們的成果發表後，不少外媒評論，中國真正走到了量子通信的國際領導地位。在墨子號發射之後，加拿大也為量子衛星立項，歐洲、日本、印度等國家的項目也都開始啟動。這次，我們國家真正引領了一個時代的到來。

除了量子通信外，近年來我們在量子計算等領域也取得了較好的成績。比如，就在上個月，我們在上海發布了首個超越早期經典計算機的光量子計算原型機，還有首次實現了10個超導量子比特的量子計算晶元。我們預期，再經過3到5年的努力，就可以操縱50個量子比特，這時，量子計算機對某些特定問題的處理能力就可以超過目前最快的經典超級計算機，實現「量子稱霸」這一里程碑。

總的來說，在國家的高度重視下，在中科院和上海市等的大力支持下，我國在量子信息領域整體上已經具備了和發達國家展開競爭的能力，在多個研究方向上還處於國際領先的地位。

不過，這種優勢現在看來還並不一定能夠長久。現在，美國科學家就開始說：「當年，德國人先開始研究原子彈，但美國後來居上了；前蘇聯先把衛星送上了天，而美國人的宇航員率先登上了月球。這次，我們也一定可以反超中國人。」

當年美國的曼哈頓工程就是這樣，一開始只有掌握核心技術的幾十個人，後來很短時間內就從全國匯聚起了上萬人。現在，量子科技碰到的情況也十分類似。一開始，做前沿研究，只需一二百人就能做起來；做衛星可能上千人就好，但今後再發展，就需要更多的資源、人才匯入。我想打一個比方，如果說量子信息是一棵竹子，過去一直在泥土中醞釀破土，現在則到了破土而出的時候，人們常說「雨後春筍」，它將很快進入拔節猛長的階段。如果它被栽在花盆裡，最多就長成一個盆景，如果可以長在山林中，就可能發展成一片竹林。

現在，國家準備實施量子信息領域的重大科技項目，還在籌建國家實驗室。在上海，科委、張江高新區、發改委、浦東新區等都進行了布局，作為上海建設科創中心的重要內容。我們希望可以探索一種更好的機制，利用舉國之力，更有效地協同創新——我們要造出中國的量子計算機、發展中國的量子通信產業，讓我國真正成為未來信息技術和產業的引領者！

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