中国科技大学教授潘建伟：我有一个量子梦

潘建伟

　　8月9日，国际权威学术期刊《自然》以封面标题的形式，发表了中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室潘建伟团队的研究成果：他们在国际上首次成功实现了百公里量级的自由空间量子隐形传态和纠缠分发。

　　“由于自由空间信道的损耗小，借助卫星，将有可能实现在全球尺度上进行超远距离量子通信的梦想。”潘建伟院士说。

　　2001年初，潘建伟开始在中国科大组建实验室。当时无论是研究水平还是人才储备，国内的基础都很薄弱。“在中科院、基金委、科技部等部门的支持下，我们从无到有，设备、人员很快就到位了，实验室得到快速发展。”

　　2004年，潘建伟小组在国际上首次实现五光子纠缠和终端开放的量子态隐形传输，《自然》杂志发表了这一成果，并评论说：“这是量子纠错和分布式量子信息处理所需要的关键技术。”这一成果同时入选欧洲物理学会和美国物理学会评选出的年度国际物理学重大进展，——这是中国科学家的第一次。“这表明国内研究组在量子纠缠方面的工作，已跃居国际领先水平。”此后，潘建伟团队又先后在国际上首次实验实现了六光子、八光子纠缠态，在多光子纠缠的制备、操纵方面一直保持国际领先地位。

　　在实验室组建之初，潘建伟团队就瞄准了量子通信这一最先可能走向实用化的量子信息技术。量子通信已普遍被国际上认为是事关国家信息安全的战略性研究方向，有可能改变未来信息产业领域的发展格局。通过光纤实现城域量子通信网络，通过量子中继器连接城域网实现城际量子通信，再通过卫星中转实现可覆盖全球的远距离量子通信——这是潘建伟设想的实现广域量子通信网络的技术路线图。

　　2006年，潘建伟团队首次实现了安全距离超过100公里的光纤量子通信。2009年，他们又将这一安全距离提高到200公里。同年，他们建立了世界上首个多节点的全通型光量子电话网。这一系列的突破使得量子通信在城市范围内的实用化成为可能。今年初，在安徽省、合肥市各级相关部门的大力支持下，潘建伟团队作为核心技术队伍，在合肥市建成了国际上首个规模化的城域量子通信网络，节点数达到了46个，远远超过国际上已有的同类网络，标志着大容量的量子通信网络技术已经取得了关键突破；同时，他们与新华社合作建设的金融信息量子通信验证网在北京开通，在世界上首次将量子通信网络技术应用于金融信息的安全传输。

　　“量子保密通信在城域网上的使用已经基本成熟，快则两三年，慢则三五年，就可以推广。”潘建伟说，“但是，要实现高效、长距离的量子通信，必须发展基于量子存储的量子中继技术，而冷原子系综是实现量子存储的理想系统。”过去几年中，潘建伟团队在冷原子量子存储方面取得了一系列国际领先的研究成果。2008年，《自然》杂志发表了他们实现量子中继器基本单元的研究成果。今年，他们又成功实现了长寿命、高读出效率的量子存储，该成果为目前国际上量子存储综合性能指标最好的实验结果，向最终实现实用化的量子中继器迈进了重要一步。

　　目前，潘建伟团队正在牵头实施中科院战略性先导科技专项“量子科学实验卫星”，将实现高速星地量子通信并连接地面的城域量子通信网络，初步构建我国的广域量子通信体系。

　　“相信在10年后，量子通信有望走向大规模应用。目前欧盟、美国、日本都非常重视这一前沿领域。”潘建伟说，“我国要保持领先地位，就必须付出更多的努力。”

　　今年8月1日，在奥地利维也纳召开的第十一届量子通信、测量与计算(QCMC)国际大会上，潘建伟荣获2012年度国际量子通信奖，“以表彰其在量子通信和多光子纠缠操纵方面的先驱性卓越贡献”。QCMC国际大会每两年举办一次，是量子信息科学研究领域水平最高，规模最大的学术盛会，国际量子通信奖主要授予在量子通信、量子测量和量子计算研究领域做出过杰出贡献的科学家。

　　“能将量子通信技术发展到极致，这既对国家有利，又能满足自己的好奇心，对我来说是目前最大的梦想。” 潘建伟说。