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中科院量子創(chuàng)新研究院:智者先行 不可估量

  • 2019-07-12 16:46:15
  • 來源:中國科學(xué)報
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       具有革命性意義的量子科技近年來成為世界各科技強(qiáng)國投入巨資搶占的高地。值得一提的是,在中國科學(xué)院的遠(yuǎn)見卓識和提前布局之下,中國科學(xué)家已然走到了這一領(lǐng)域的前列,成為被國際同行追趕的目標(biāo)。

  2014年,中科院啟動實施“率先行動”計劃,依托中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)建設(shè)的量子信息與量子科技前沿卓越創(chuàng)新中心成為首批成立的卓越中心之一,承擔(dān)起“尖刀連”的作用。3年后,卓越中心又正式“升級”為創(chuàng)新研究院,凝聚了更多國家科技力量協(xié)同創(chuàng)新,承擔(dān)起服務(wù)國家重大需求的歷史使命。

  如今,經(jīng)過多年積累,量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院摸索出一套規(guī)范且高效的協(xié)同創(chuàng)新組織架構(gòu)和運行管理模式,在不到3年的時間內(nèi)取得了一系列重大創(chuàng)新成果。

  目前,科技創(chuàng)新2030—重大項目“量子通信與量子計算機(jī)”呼之欲出。在這一輪量子科技革命的浪潮中,中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院正乘著改革的東風(fēng),奮勇前進(jìn)、繼續(xù)領(lǐng)跑。

  2016年8月16日凌晨,世界首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”在酒泉升空。從此,浩瀚的星空中多了一顆中國制造的“量子星”。

  就在此前幾天,另一枚“重磅炸彈”已然釋放。2016年8月8日,國務(wù)院印發(fā)《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》,其中明確提出部署“量子通信與量子計算機(jī)”重大項目。

  “墨子號”不僅將中國人的名字寫進(jìn)了量子物理學(xué)歷史,亦如一顆投入水中的小石子,激起層層漣漪。美國、歐洲、日本紛紛啟動國家級量子計劃。

  智者先行,故從者眾。它們追趕的目標(biāo)只有一個——中國。

量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院揭牌
量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院揭牌

  搭上改革快車

  “以前做夢也想不到我們會來這里。”坐在位于上海浦東的辦公室里,中國科學(xué)院院士、中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院(以下簡稱創(chuàng)新研究院)院長潘建偉向《中國科學(xué)報》感慨說。

  2007年,為了方便同中科院上海技術(shù)物理研究所(以下簡稱上海技物所)、中科院上海微小衛(wèi)星工程中心(現(xiàn)中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院)等單位合作開展衛(wèi)星量子通信的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān),潘建偉的團(tuán)隊選擇將中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)上海研究院作為落腳點。

  時至今日,這里仍未被公共交通網(wǎng)絡(luò)覆蓋,距離最近的公交車站、地鐵站都在兩公里以上。那幾年,團(tuán)隊的骨干成員每天去30公里外的上海技物所“上班”,有時加班太晚,干脆就住在附近的賓館,第二天起來接著干。

  為了“墨子號”,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)(以下簡稱中國科大)同中科院系統(tǒng)的多家兄弟單位——上海技物所、上海光學(xué)精密機(jī)械研究所、上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院、光電技術(shù)研究所(以下簡稱光電所)等形成了緊密的合作關(guān)系。這樣的基礎(chǔ)使其日后順利成為中科院首批啟動建設(shè)的4個卓越創(chuàng)新中心之一的核心團(tuán)隊。

  2014年,中科院啟動實施“率先行動”計劃。作為提綱挈領(lǐng)的一項重要舉措,研究所分類改革得以迅速展開。其中,集合優(yōu)勢單位協(xié)同創(chuàng)新,發(fā)揮“尖刀連”的作用,并在某一個方向迅速邁向國際前沿,是卓越創(chuàng)新中心承擔(dān)的歷史使命。彼時,中國科大的量子信息科技研究正好具備了這樣的基礎(chǔ)。

  量子指的是物質(zhì)不可再分的基本單元,例如光量子(即光子)就是光能量的最低單元,不可再分為“半個”光子、“三分之一”個光子了。量子糾纏是奇特的量子力學(xué)現(xiàn)象。通俗地說,兩個處于量子糾纏狀態(tài)的粒子就像有“心靈感應(yīng)”,無論相隔多遠(yuǎn),對其中一個粒子進(jìn)行測量得到某一結(jié)果,另一個粒子也會瞬時相應(yīng)塌縮到某一量子狀態(tài)。因此,由此衍生出來的量子通信技術(shù),是唯一被嚴(yán)格證明的無條件安全通信方式,可以有效保障國防、政務(wù)、金融等領(lǐng)域的信息安全傳輸。

  量子信息科技所具有的革命性意義已不言而喻,世界各科技強(qiáng)國都投入巨資搶占制高點。但在上世紀(jì)90年代末,量子信息科技的實驗研究還處于早期發(fā)展階段,中國科大雖然起步較早、在某些方向領(lǐng)先,但幾支團(tuán)隊規(guī)模都較小。

  “慢慢地我們發(fā)現(xiàn)要做出高質(zhì)量原始創(chuàng)新,靠這種單一實驗小組的模式不行。”潘建偉回憶。尤其是2011年量子科學(xué)實驗衛(wèi)星項目啟動,這項原本屬于基礎(chǔ)研究的工作正式進(jìn)入追求零失敗的航天工程領(lǐng)域,愈發(fā)凸顯出多學(xué)科交叉、各項關(guān)鍵技術(shù)集成的必要性。

  中科院高度重視量子信息科技的布局和發(fā)展。2014年10月,中科院量子信息與量子科技前沿卓越創(chuàng)新中心(以下簡稱卓越中心)正式成立,依托中國科大建設(shè)。

  成立之后,國際國內(nèi)形勢風(fēng)起云涌,卓越中心很快產(chǎn)生了危機(jī)感。在國內(nèi),量子信息上升為國家戰(zhàn)略,國家層面抓緊部署科技創(chuàng)新2030—重大項目“量子通信與量子計算機(jī)”,并積極籌建量子信息領(lǐng)域的國家實驗室。國際上,第二次量子革命方興未艾,美國、歐盟、英國等發(fā)達(dá)國家紛紛投入重金部署國家級量子科技計劃。

  “這意味著我們隨時有‘起個大早、趕個晚集’的風(fēng)險,本來我們只把‘腦袋’放到卓越中心,現(xiàn)在則需要部署全鏈條集成。”潘建偉說。

  2016年底,卓越中心適時向中科院黨組提出,為了更好地承擔(dān)起國家在量子信息科技領(lǐng)域的戰(zhàn)略,將小而精的“尖刀連”拓展為體量更大的“集團(tuán)軍”——量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院。

  這一請求迅速得到響應(yīng)。2017年7月,卓越中心正式轉(zhuǎn)為創(chuàng)新研究院,服務(wù)于國家重大科技項目,并為籌建國家實驗室作積極探索。同年,合肥綜合性國家科學(xué)中心建設(shè)方案得到國家發(fā)展改革委和科技部聯(lián)合批復(fù),而創(chuàng)新研究院將作為骨干力量參與建設(shè)。

  “可能因為我們的方向比較新,總是幸運地趕上中科院改革的第一班車。”潘建偉說。

  搭著這班順風(fēng)車,卓越中心以及其后的創(chuàng)新研究院很快取得了一系列重大創(chuàng)新成果:“多光子糾纏干涉度量學(xué)”研究成果獲得2015年度國家自然科學(xué)獎一等獎;首次實現(xiàn)多自由度量子隱態(tài)傳輸,并被英國物理學(xué)會評為年度國際物理學(xué)十大突破之首;開通首條遠(yuǎn)距離量子通信干線——“京滬干線”,為探索量子通信干線業(yè)務(wù)運營模式進(jìn)行技術(shù)驗證,已在金融、電力等領(lǐng)域初步開展了應(yīng)用示范并為量子通信的標(biāo)準(zhǔn)制定積累了寶貴經(jīng)驗;實現(xiàn)首次洲際量子通信,構(gòu)建了天地一體化廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)的雛形,并被美國物理學(xué)會評為年度國際物理學(xué)重大事件;研制出世界首臺針對特定問題的計算能力超越早期經(jīng)典計算機(jī)的光量子計算原型機(jī)。

  《自然》雜志評價稱,在量子通信領(lǐng)域,中國用不到十年的時間,由一個不起眼的國家發(fā)展成為現(xiàn)在的世界勁旅。

結(jié)合“墨子號”與“京滬干線”構(gòu)建的首個天地一體廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)雛形中科院   量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院供圖
結(jié)合“墨子號”與“京滬干線”構(gòu)建的首個天地一體廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)雛形中科院   量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院供圖

  十年磨一劍

  如果要用一個詞來形容中國科大和上海技物所在“墨子號”上的合作,雙方不約而同地選擇了“碰撞”。

  第一次“碰撞”發(fā)生在2009年。

  外太空因為幾乎真空,光信號損耗非常小。將衛(wèi)星作為中繼器,可以大大擴(kuò)展量子通信距離,甚至實現(xiàn)全球化的量子通信。為驗證這一大膽設(shè)想的可行性,中國科大和上海技物所、微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院等單位合作,首先在青海湖進(jìn)行百公里量子通信實驗,量子糾纏源則設(shè)置于湖中的一座島上。

  島上沒水沒電,晝夜溫差大,冬天湖面結(jié)冰,只有一座寺廟和一些僧侶。為了避免日光的影響,量子實驗都在晚上進(jìn)行。于是,幾個年輕人夏天上島,晚上做實驗,白天下山挑水,再上山洗衣做飯。帳篷、爐子、發(fā)電設(shè)備都要自己搭建。青海湖管理局的工作人員每10天過來送給養(yǎng),此時便成了科研人員最熱鬧的時光。

  為了積累數(shù)據(jù),實驗一做就是3年。2012年8月,潘建偉等人在國際上首次實現(xiàn)百公里量級的自由空間量子隱形傳態(tài)和糾纏分發(fā),這意味著在高損耗的星地鏈路中,也能夠?qū)崿F(xiàn)單光子級別的量子通信。

  經(jīng)過這次磨合,第二次的“碰撞”更是火花四射,因為這一次,他們不僅要將實驗搬出實驗室,還要搬上太空。

  作為世界首顆空間量子科學(xué)實驗衛(wèi)星,“墨子號”沒有前人經(jīng)驗可借鑒,做第一個吃螃蟹的人,難度可想而知。上海技物所研究員、量子科學(xué)實驗衛(wèi)星工程常務(wù)副總師、衛(wèi)星系統(tǒng)總指揮王建宇告訴《中國科學(xué)報》:“我們以前做各種各樣的衛(wèi)星一般都有個參考,但量子衛(wèi)星真的沒底,是一個從未有過的巨大挑戰(zhàn)。”

  關(guān)于星地間量子糾纏分發(fā)的難度,王建宇曾有一個令人印象深刻的比喻:就像在太空中往地面的一個存錢罐里扔硬幣。不僅如此,天空中的“投擲者”相對地面上的“存錢罐”還在高速運動。

  明知山有虎,偏向虎山行。中國科學(xué)家不僅要做世界第一顆量子衛(wèi)星,還要做一顆有實實在在科學(xué)影響力的量子衛(wèi)星。為了實現(xiàn)這一目標(biāo),兩個團(tuán)隊發(fā)生了激烈的“碰撞”。為了實驗更出色,“激進(jìn)”的科學(xué)家不斷提出新的想法,而“保守”的工程師則希望減少改動,提高穩(wěn)定性。

  “那段時間,我和王建宇也經(jīng)歷了激烈的磨合。事實證明,干大事必須精誠合作。”潘建偉坦言。所幸,這是一顆深深打上中科院烙印的衛(wèi)星。

  “科學(xué)家只要提出想法,我們就照著設(shè)計。大家都是科學(xué)院出身,骨子里追求卓越、渴望創(chuàng)新的文化是一脈相承的。”上海技物所研究員、量子科學(xué)實驗衛(wèi)星系統(tǒng)副總師舒嶸說,雖然課題組間也有自然形成的合作,但和卓越中心、創(chuàng)新研究院體制下的合作相比,性質(zhì)完全不同。

  “碰撞”的結(jié)果是,“墨子號”各項性能都優(yōu)于設(shè)計指標(biāo),原本計劃兩年完成的科學(xué)實驗任務(wù)不到一年就完成了。2017年6月,《基于衛(wèi)星的糾纏分發(fā)距離超過1200公里》以封面文章形式發(fā)表在《科學(xué)》上。“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星科研團(tuán)隊也因此獲得2018年度美國科學(xué)促進(jìn)會克利夫蘭獎,這是90余年來,中國科學(xué)家在本土完成的科研成果首次獲得這一重要榮譽。

  “這個時候我們的合作已經(jīng)體現(xiàn)出了創(chuàng)新研究院的價值,那就是集中力量干大事。”潘建偉認(rèn)為。

  為了衛(wèi)星上天,團(tuán)隊里的年輕人有的從科學(xué)家變成“半個”工程師,有的則從純粹的工程師進(jìn)入了前沿研究領(lǐng)域。

  其中就包括科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)主任設(shè)計師、創(chuàng)新研究院副研究員任繼剛。任繼剛記得自己讀博士時第一次聽潘建偉作報告,仿佛在聽一個科幻故事,沒想到日后竟成了故事中的一個角色。“印象最深的是2014年春節(jié),我們做實驗做到年三十凌晨3點。”他說,直到2017年實驗基本完成后,所有人才度過了一個“史上最開心”的春節(jié)。

  2016年8月16日,經(jīng)過中國科大、上海技物所、微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院、光電所、國家天文臺、紫金山天文臺、國家空間科學(xué)中心等十多個團(tuán)隊歷時5年的合作,“墨子號”成功發(fā)射。所有人長舒一口氣,但這不是終點。

  衛(wèi)星于凌晨升空后,幾位主任設(shè)計師立刻從酒泉趕往各地面站。由于衛(wèi)星在夜晚經(jīng)過,且在地面站上空的過境時間僅有幾百秒,因此一入夜,河北興隆、青海德令哈、烏魯木齊南山、西藏阿里、云南麗江5個地面站便忙碌起來。

  “8月18日凌晨,我們在德令哈地面站第一次將地面的信標(biāo)光覆蓋到‘墨子號’,為離開地面近48小時的‘墨子號’點亮了燈塔,建立了星地互聯(lián)的第一步。”量子糾纏源載荷主任設(shè)計師、中國科大教授印娟回憶說。

  2017年8月,“墨子號”提前一年完成星地量子糾纏分發(fā)、星地量子密鑰分發(fā)、地星量子隱形傳態(tài)三大既定科學(xué)目標(biāo),向世界宣告我國在國際上首次實現(xiàn)空間尺度的量子科學(xué)實驗研究。

  中科院院長、黨組書記白春禮對此評價:“墨子號”開啟了全球化量子通信、空間量子物理學(xué)和量子引力實驗檢驗的大門,為中國在國際上搶占了量子科技創(chuàng)新制高點,成為國際同行的標(biāo)桿,實現(xiàn)了向“領(lǐng)跑者”的轉(zhuǎn)變。

  回憶起這次合作,王建宇有四點體會:“第一,原創(chuàng)的科學(xué)思想是靈魂;第二,決策層下定決心讓科學(xué)家去闖,才有了今天的成績;第三,團(tuán)隊協(xié)同作戰(zhàn)效果顯著;第四,科學(xué)團(tuán)隊和工程團(tuán)隊必須互補。”

  最優(yōu)最簡互補

  在人才培養(yǎng)上,潘建偉有一個至今為人稱道的做法,那就是將優(yōu)秀的學(xué)生有針對性地送到國際頂尖團(tuán)隊學(xué)習(xí)和開展合作,再將掌握的關(guān)鍵技術(shù)帶回國內(nèi)。

  于是,陳宇翱去德國馬普所、趙博去奧地利因斯布魯克大學(xué)研究超冷原子量子調(diào)控,張強(qiáng)去斯坦福大學(xué)研究參量上轉(zhuǎn)換探測器,陸朝陽去劍橋大學(xué)研究量子點光源,張軍去瑞士日內(nèi)瓦研究單光子探測器……

  潘建偉回憶說:“當(dāng)時國內(nèi)實驗室很缺人,但不把人送出去學(xué)習(xí)的話將來這把火肯定燒不旺。所以盡管國內(nèi)對人才極度渴求,但還是把人送走了。”

  如今,隨著這批年輕人的集體歸國,這把量子通信的火真正燒起來了,他們也個個成為獨當(dāng)一面的研究室負(fù)責(zé)人。

  卓越中心升級為創(chuàng)新研究院后,改變了過去幾個團(tuán)隊各為一個研究室、相互間仍以自發(fā)合作為主的組織模式,統(tǒng)籌設(shè)置了量子通信、量子計算、量子精密測量、光電子與微電子器件4個研究部,每個研究部下設(shè)若干個研究室,整合相關(guān)的優(yōu)勢研究力量。例如,量子計算研究部包含光量子計算、超冷原子量子模擬、離子阱量子計算、硅基量子點量子計算等多個研究室。組成每個研究室的各個團(tuán)隊,圍繞研究部的主任務(wù),在各個分系統(tǒng)上開展協(xié)同攻關(guān)。

  如何讓這么多人彼此不重復(fù)又能相互促進(jìn)、協(xié)同創(chuàng)新?“我們的原則是‘最優(yōu)最簡互補’。”潘建偉吐露了秘訣:“創(chuàng)新研究院每次引進(jìn)人才時一定要問三個問題:是不是全國最好的?是不是有重復(fù)?能否形成互補?”

  按照“最優(yōu)最簡互補”的原則,創(chuàng)新研究院在建設(shè)過程中重新調(diào)整了組織架構(gòu),根據(jù)我國在量子信息科技領(lǐng)域已有的區(qū)域集群優(yōu)勢,形成了“合肥總部+北京分部、上海分部、濟(jì)南基地+相關(guān)研究單位”的研究隊伍布局,各部分朝向一個共同的主任務(wù),既各司其職又相互配合。這種科學(xué)組織架構(gòu)很大程度上避免了“內(nèi)耗”和“打架”,也讓創(chuàng)新研究院近年來迎來一個高速發(fā)展的階段。

  量子科技涉及物理學(xué)、信息學(xué)、材料學(xué)、工程技術(shù)等眾多領(lǐng)域,一家科研機(jī)構(gòu)難以包打天下。為此,創(chuàng)新研究院獨具特色地聯(lián)合了清華大學(xué)、北京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、浙江大學(xué)等高校的力量,形成全方位的協(xié)同合作網(wǎng)絡(luò),并通過國家重點研發(fā)計劃、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項等,積極組織全國力量協(xié)同創(chuàng)新、集中攻關(guān)。

  通過制度改革,創(chuàng)新研究院不斷加強(qiáng)依托單位與共建單位的協(xié)同創(chuàng)新合力,并建立起大型儀器設(shè)備、重大科研基礎(chǔ)設(shè)施等科技資源的統(tǒng)一管理機(jī)制,充分提高了已有資源的統(tǒng)籌利用效率。

  “通過項目將大家組織起來,協(xié)同全國的科研力量,但又不是完成項目后一哄而散。”潘建偉表示,從前每個團(tuán)隊都需要進(jìn)行全鏈條創(chuàng)新,現(xiàn)在則可以只做自己擅長的部分,推動各學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展。

  同地方共建也是創(chuàng)新研究院的一大特色。在引進(jìn)人才方面,安徽省和合肥市都提供了力度較大的政策支持。不過,對于創(chuàng)新研究院來說,真正能留下人的還是事業(yè)。以“墨子號”團(tuán)隊為例,具體負(fù)責(zé)項目的主任設(shè)計師幾乎全是“80后”。任繼剛、印娟等人都是在國內(nèi)成長起來的科研骨干。

  “青海湖的項目完成后,潘老師提出讓我留下繼續(xù)做衛(wèi)星,剛博士畢業(yè)就能做衛(wèi)星嗎?這讓我覺得很不可思議。”任繼剛回憶。

  研究超導(dǎo)量子計算的朱曉波則是從兄弟單位中科院物理研究所加入創(chuàng)新研究院的。不久前,他們剛剛成功實現(xiàn)了12個量子比特的多體真糾纏態(tài)“簇態(tài)”的制備,刷新了超導(dǎo)量子比特糾纏的世界紀(jì)錄。

  “量子計算機(jī)意義重大,我們的目標(biāo)是做出實際應(yīng)用。”朱曉波說,超導(dǎo)是目前最受關(guān)注的量子計算方案之一,也是谷歌、IBM等商業(yè)公司投入最大的方案。

  “我們在這一方向上雖然是追趕者,但創(chuàng)新研究院可以凝聚力量形成協(xié)同攻關(guān),跟世界最前沿的研究組競爭,不管中間有多困難,都不會改變我們的信念。這也是我加入創(chuàng)新研究院的原因。”朱曉波說。據(jù)悉,在創(chuàng)新研究院,朱曉波除了自己的學(xué)術(shù)團(tuán)隊,還有一支近30人的團(tuán)隊為他們提供支撐服務(wù)。

  “創(chuàng)新研究院的作用就像土壤。”潘建偉說,“在單個研究小組中,很多種子只能長成花盆中的盆景,但在創(chuàng)新研究院多學(xué)科交叉融合和協(xié)同創(chuàng)新的模式下,我們希望每顆種子都能長成參天大樹。”

  目前,科技創(chuàng)新2030—重大項目“量子通信與量子計算機(jī)”實施方案已形成,專家組一致建議盡快啟動。作為我國量子科學(xué)領(lǐng)域研究的領(lǐng)軍機(jī)構(gòu),創(chuàng)新研究院將牽頭肩負(fù)起這一重大項目,著力解決量子信息與量子科技領(lǐng)域一系列前沿科學(xué)問題,突破一系列關(guān)鍵技術(shù)和核心器件,培育形成量子通信等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。

  加速加速再加速

  20年前,潘建偉最常被問到的一個問題是:量子信息科學(xué),歐洲美國都剛剛起步,我們?yōu)槭裁船F(xiàn)在要做?每次他都耐心講解量子科技革命的意義,結(jié)果卻不盡人意。“難度太大”“不靠譜”“做不成”是他最常聽到的評價。

  潘建偉認(rèn)為那段時間是自己研究生涯中最困難的一段時期:學(xué)科方向不被理解,申請經(jīng)費四處碰壁。

  2002年,潘建偉提出自由空間量子通信的構(gòu)想,同樣遭到了各界質(zhì)疑。一籌莫展之時,他接連從中科院獲得了“第一桶金”“第二桶金”。在一次項目申請會上,面對諸多質(zhì)疑聲,當(dāng)時中科院分管基礎(chǔ)研究和人才引進(jìn)的領(lǐng)導(dǎo)發(fā)言強(qiáng)調(diào):潘建偉發(fā)過很多高質(zhì)量文章,得到了國際認(rèn)可,科學(xué)院作為支持原始創(chuàng)新的機(jī)構(gòu),能不能讓他試一試?

  就這樣,潘建偉拿到了中科院的經(jīng)費。他很快在2004年底進(jìn)行了國內(nèi)第一個自由空間實驗,在合肥創(chuàng)造了13公里的雙向量子糾纏分發(fā)世界紀(jì)錄,而此前的國際紀(jì)錄是600米。由于整個豎直大氣層的等效厚度為10公里左右的近地面大氣,實現(xiàn)了13公里的量子糾纏分發(fā)就意味著光子能夠突破大氣層,有效驗證了星地量子通信的可行性。

  到了2009年,當(dāng)潘建偉向著實現(xiàn)星地量子通信的夢想努力前進(jìn)時,主要的質(zhì)疑聲依然是那個問題:衛(wèi)星量子通信,外國都沒人做,我們是否太冒失?那時,我國以業(yè)務(wù)衛(wèi)星為主,科學(xué)衛(wèi)星渠道很少。關(guān)鍵時刻,又是中科院前瞻性地設(shè)立了空間科學(xué)先導(dǎo)專項,“墨子號”幸運地成為專項支持的首批科學(xué)實驗衛(wèi)星之一。

  潘建偉沒有辜負(fù)期望。“墨子號”和“京滬干線”引發(fā)的“蝴蝶效應(yīng)”是巨大的——歐美國家明顯加快量子通信領(lǐng)域的布局,同這兩項工程在我國率先成功實施直接相關(guān)。

  “中科院能相信我的科學(xué)判斷,讓我往前走一步,是需要勇氣的。而我們能夠20年來堅持在科學(xué)上毫不動搖,也是因為有中科院體制的支持。”潘建偉強(qiáng)調(diào)說。

  支持越大,責(zé)任就越重。“墨子號”是一顆低軌衛(wèi)星,每天經(jīng)過中國上空兩次。王建宇透露,在國家支持下,創(chuàng)新研究院計劃再設(shè)計一顆高軌衛(wèi)星,以便未來可以隨時隨地做實驗。“這次的難度就不是扔硬幣了,可能比紐扣還要小,但我們已經(jīng)在準(zhǔn)備了。”

  印娟則介紹,創(chuàng)新研究院正在著手制定相關(guān)模式標(biāo)準(zhǔn)并推廣到全球,等未來建起一張全球量子衛(wèi)星通信網(wǎng)時,我國將發(fā)揮主導(dǎo)作用。

  2017年11月,美國開始禁運量子密碼相關(guān)設(shè)備和器件,12月又?jǐn)U展到包括整個量子信息和傳感等14個領(lǐng)域。隨后,歐洲也陸續(xù)開始禁運相關(guān)設(shè)備。

  “以前我們能在全世界購買性能好的元器件,后來他們不賣了,我們只好買材料加工。好不容易加工品質(zhì)提上來了,高品質(zhì)的原材料又不賣了。現(xiàn)在更糟糕,凡是跟量子信息加工有關(guān)的產(chǎn)品都不賣了。”潘建偉說。

  做分子束外延的中國科大教授霍永恒就是在這樣的情況下被引進(jìn)的。他坦言:“如果在10年前未必會引進(jìn)我,但現(xiàn)在不同往日,我們只能自己做。”

  近幾個月,潘建偉感到自己的思想轉(zhuǎn)變很大。“以前是集成全球的創(chuàng)新要素做創(chuàng)新,現(xiàn)在就必須考慮,如果別人什么都不給,我們還能不能創(chuàng)新?!”

  在他看來,這更說明從卓越中心轉(zhuǎn)到創(chuàng)新研究院的必要性。量子信息科學(xué)有明確的應(yīng)用導(dǎo)向,創(chuàng)新研究院的目標(biāo)亦不僅僅是發(fā)表文章,完成轉(zhuǎn)化應(yīng)用才真正實現(xiàn)了科技創(chuàng)新的價值。“再不加速就真的只能停留在基礎(chǔ)研究了”。

  目前,量子通信是創(chuàng)新研究院四大方向中最接近于實際應(yīng)用的方向。量子保密通信“京滬干線”全長2000余公里,目前正在國家有關(guān)部門的支持下制定標(biāo)準(zhǔn),為將來量子通信干線的商業(yè)運營和規(guī);瘧(yīng)用奠定基礎(chǔ)。在面向世界科技前沿和國家重大需求的量子精密測量、量子計算、量子傳感等方面,創(chuàng)新研究院也將為技術(shù)發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)。

  “創(chuàng)新研究院一定要領(lǐng)跑,不然就變成了‘跟蹤研究院’,F(xiàn)在國際上追趕的速度很快,很多方面我們還要向別人學(xué)習(xí),絲毫不敢懈怠。”對于未來,潘建偉如是說。

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