潘建伟:绘制中国量子技术发展规划图,攻克技术难点

移民政策2024-07-02 15:09:18佚名

文|中国科学报记者倪思洁、实习生阚雨萱

潘建伟(中)在实验室讨论实验进展。图片由受访者提供

在中国,谈及“量子通信”,不可避免地会提到一个名字——中国科学院院士、中国科学技术大学教授潘建伟。

早在21世纪初,潘建伟便已在心中设计出我国量子科技发展的“蓝图”:从最初实现局部量子通信网络,到实现天地一体的全球量子通信网络,大大提高信息传输的安全性;通过量子计算研究,实现大数据时代的有效信息挖掘;通过量子精密测量研究,实现更加精准的定位导航、医学检测和引力波探测等等……

他要做的,就是一步步攻克这个“方案”上的技术难关,筑起我国量子科技的“大厦”。国家杰出青年科学基金项目(以下简称“杰出青年基金项目”)支持他为这座大厦筑起坚实的基础。

“伟大的自由”

2008年,潘建伟结束在德国的合作研究,回到中国科学技术大学工作,当时他得知国家自然科学基金委设立了青年科学家计划。

青年英才计划于1994年经国务院批准设立,经过几年的发展,已逐渐成熟,成为我国高端人才资助计划中的佼佼者。潘建伟知道,对于我国的青年学者来说,青年英才计划带来的远不止光环。

“国内大部分科研项目都要求课题有非常明确的科学目标,申请者必须证明自己能很好地实现项目目标,才能获得支持。但青年英才计划则不同,它选拔的是那些在基础研究领域取得良好科研成果的青年学者,并且给他们很大的自由度,让他们自主选择研究方向。”潘建伟说。

2009年,在学校支持下,潘建伟向国家自然科学基金委员会提交了青年拔尖科学家计划的申请。

当时,潘建伟团队已在安徽合肥建成全球首个光量子电话网络,实现“一次一钥”加密的实时网络通话,潘建伟团队还获得了多方面的项目支持。

答辩时,一位评审老师问他:“你已经有那么多项目了,为什么还要申请青年科学家计划?”

潘建伟回答说:“我的项目都是科研项目,目标很明确。但是我想做一些自己感兴趣,但风险高、不确定性很大的项目。目前还没有相应的资金支持我做这样的工作。”

潘建伟的项目申请中确实有很多内容具有很大的不确定性。

早在2001年,潘建伟就已在我国量子信息科学领域开展了一些研究工作,2003年他发现在量子信息处理,特别是光量子信息处理过程中,有一个对于长距离量子通信至关重要但一直未能解决的问题——光量子的信息存储

“如果不能储存,当这边的光子飞出去时,另一边的光子还没有飞出去量子大学,它们之间就无法发生碰撞,就很难实现多光子纠缠。最好的办法是先把光子全部储存起来,然后让它们同时飞出去,这样就能实现多光子干涉纠缠。”潘建伟解释道。

说起来容易做起来难。为了学习和发展量子存储技术,潘建伟2003年远赴德国进行合作研究。2008年他带着团队回国时,冷原子量子存储技术的核心难题国内外尚未解决——将纠缠光源发射出的光子存储到冷原子存储器中。

因此,潘建伟在申请青年英才计划时,就强调自己所写的其中一个研究方向就是解决这个问题,至于短期内能否做到,他也并不完全确定。

此外,在这份申请书中,他还写到了另外两个同样具有高度不确定性的研究课题:一是克服大气造成的光子损失;二是利用量子中继实现远距离量子通信。

“不要太担心短期结果”

当时,无论国内还是国外,都没有一位研究者敢保证潘建伟申请书中提出的目标能够实现。

不过潘建伟此前的技术积累以及对未来科研方向的思考还是让评委们印象深刻。

“我们当时想的是,用光纤搭建城域网,用量子中继把两个城市之间的网络打通,用量子卫星实现远距离量子通信。三者结合起来,就可以构建一个全球性的量子通信网络。”潘建伟说。

这是一份雄心勃勃的“蓝图”。2009年,潘建伟如愿获得了青年英才计划的支持。该计划将从2010年到2013年实施,共计4年。

青年英才计划的四年,对于潘建伟来说,是自由而专注的。“管理者不太在乎短期结果。”潘建伟说。

四年的时间,项目成果并没有取得潘建伟最希望取得的“成功”:他们完成了自由空间量子通信地面实验,但仅仅证明了利用量子卫星进行长距离量子通信的可行性;冷原子量子存储的性能有了很大提高,但还不足以支撑长距离量子通信。

项目结束数年后,基于青年英才科学家计划成果的一系列前沿成果终于以震撼的方式引起了全球轰动。

2016年,潘建伟团队牵头研制并成功发射世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”。

2020年,潘建伟团队通过发展高亮度光与原子纠缠源、低噪声高效单光子频率转换技术、长距离单光子精确干涉技术,成功在光纤中实现了两个相距50公里的量子存储器纠缠,为构建基于量子中继的量子网络奠定了基础。

同年,潘建伟团队建成76光子量子计算原型机“九章”,处理高斯玻色子采样问题的速度比当时最快的超级计算机快100万亿倍,使中国成为世界上第二个实现“量子计算超算”的国家。

随后,潘建伟带领团队建成了世界首条量子保密通信骨干网“京沪干线”,构建了首个空地一体广域量子保密通信网络原型,使我国量子通信实验研究和应用研究处于国际领先水平……

“青年科学家计划对量子计算、量子中继、量子卫星等突破起到了很好的支撑作用。”潘建伟说。

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作为团队负责人,潘建伟鼓励身边的年轻科研人员申报青年科学家计划等科研项目,他认为青年科学家计划与其他人才计划有很大不同,除了荣誉感,也支持科研人员自由探索。

但近年来,由于一些人才计划、项目在实施过程中被赋予了过多与其政策目标和定位无关的优惠,各种弊端不断显现,迫使科研人员在各类人才计划或人才科研项目的申报上投入大量的时间和精力,造成科研圈的“内卷化”。

在潘建伟看来,这与研究人员所在高校和科研机构的评价体系有关。他建议高校和科研机构的评价方式应该更加灵活,让研究人员的研究水平得到更加专业化的评价,让没有申报或者不愿意申报人才计划、人才研究项目的研究人员得到与其研究水平相匹配的待遇。

潘建伟认为,“十几年前,人才计划或者人才科研项目可能是一个评价人才和所在机构或者学校的很好的标准。随着国家科技水平的发展,评价指标也要相应调整。目前国家做了很多改革,比如几个人才计划或者人才科研项目可以只在一个上面做,这样的改革效果很好。”

此外,对于年轻人抱怨科研圈“内卷化”问题,潘建伟认为,“内卷化”是由大家都在同一赛道上竞争造成的。

第一种“内卷化”发生在人才培养阶段。“大家都在读博士,但很多很重要的岗位却空缺。这跟我们传统文化‘万事皆下品量子大学,唯有读书为上’有关。”潘建伟说。

第二种“内卷化”发生在职业晋升环节。“我在德国海德堡大学工作时,发现一个有趣的现象:大学里教授不多,技术员却不少。技术员的收入不比教授和研究员低,而且他们做的精密加工工作是教授做不到的。技术员服务完我们的科研项目后,学校还允许他们为社会提供服务,这样他们就能赚到一些额外收入。但在中国,人人都想晋升为教授,就连技术员也想晋升为教授,这条路线是错误的。”潘建伟说。

虽然“内卷化”是无理性的,但潘建伟认为,“内卷化”是“必然的”。“既然以科研为职业,竞争在所难免。”潘建伟说。

潘建伟给科研圈的年轻人提了两点建议。

第一是选择自己感兴趣的领域。“做一件事,一定要有自己的兴趣,有兴趣了,就有耐心,就能坚持很久。”

第二是选择新兴领域,选择在该领域比较活跃的导师。“进入新兴领域是比较好的避免被‘卷走’的方法,因为这个领域科研成果丰硕,研究者并不太多,所以跳一跳就可以了。选择导师时,不要只看老师或学校的名气,要选择在学术圈比较活跃的老师,因为新兴学科肯定处于活跃期。”

对于青年科学家计划未来的发展留学之路,潘建伟始终抱有不妥协的期待:“希望有一天,青年科学家计划能够对那些成绩优秀的项目获奖者,延长支持期限,让他们的创新工作得以延续。”

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