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潘建偉:與量子糾纏的人生

2017-06-27 11:08:42  来源:新華社 【返回列表】

新華社合肥6月27日電題:潘建偉:與量子糾纏的人生
新華社記者喻菲 徐海濤
“上帝是否擲骰子”,這個困擾過愛因斯坦的量子物理核心奧秘同樣讓潘建偉常常凝神思索,在他眉宇間刻出兩道深深的溝痕。
從潘建偉第一次認識到量子世界的詭譎離奇到沉迷其中不可自拔已過去20多年。為何會有量子疊加、量子糾纏這些奇異的現象尚無答案,他卻一直致力於利用奇異的量子特性來製造不可破譯的密碼,發展保密通信,研製強大的量子計算機……
世界首顆量子衛星“墨子號”從太空建立了迄今最遙遠的量子糾纏,證明在1200多公里的尺度上,愛因斯坦都感到匪夷所思的“遙遠地點間的詭異互動”依然存在。作為量子衛星首席科學家的潘建偉還有更大的目標——在地月間建立30萬公里的量子糾纏,檢驗量子物理的理論基礎,並探索引力與時空的結構。
在很多人眼裏,潘建偉是傳奇:29歲,他參與的有關量子隱形傳態的研究成果,同倫琴發現X射線、愛因斯坦建立相對論等影響世界的重大研究成果一起,被《自然》評為“百年物理學21篇經典論文”;31歲,任中國科學技術大學教授;41歲,成為中國當時最年輕院士;45歲,獲國家自然科學一等獎……
獲獎無數的他,卻說獲獎是麻煩,易惹來非議。他是中國科學家中的明星,是媒體追逐的對象,但他不想當明星,只願科學受到國人關注。
(小標題)緣起癡迷
潘建偉1970年3月生於浙江東陽,自小成績優秀。父母從不限制他,由他做感興趣的事。1987年,他考入中國科學技術大學近代物理系。他對大學生活最深的印像是,同學間比著早起晚睡學習,拼命喝茶熬夜讀書。
他的大學同學,如今是暗物質衛星科學應用系統總師的伍健回憶,潘建偉是個很有意思的人。他給潘建偉剃過頭髮,有點像馬桶蓋,但是潘並不生氣。除了學習,潘建偉也很會享受生活,有次和同學跑到水庫摸了一臉盆螺螄回來,在宿舍煮著吃。
1990年潘建偉第一次接觸量子力學。那時他經典力學、電動力學、統計力學都學得很好,卻完全搞不明白量子力學,有次期中考試量子力學差點沒及格。
“雙縫實驗中,人沒有‘看’電子時,就不能說它是從哪條縫過去的,這實在太奇怪了,這不對啊。一個人要麼在上海要麼在北京,怎麼會同時既在上海又在北京呢?”量子世界的奇怪與陌生讓潘建偉陷入這樣的苦思。
現在回看,潘建偉認為這是最好的現象,“量子力學的創始人之一玻爾說,如果學了量子力學後,你不覺得奇怪,不覺得不可思議,不犯糊涂的話,那你根本就沒學懂。”
量子世界越古怪,潘建偉越想搞明白。於是,他選擇與量子“糾纏”下去。
他認識到,物理學終究是門實驗科學,再奇妙的理論若得不到實驗檢驗,無異紙上談兵。然而,上世紀90年代中國缺乏開展量子實驗的條件。1996年碩士畢業後,潘建偉赴量子科研的重鎮——奧地利因斯布魯克大學攻讀博士學位,師從量子實驗研究的世界級大師塞林格。
一個理論物理專業的碩士,想要很快進入實驗量子物理前沿,其中困難可想而知。為儘快掌握要領,潘建偉幾乎整天泡在實驗室裏。
塞林格在接受新華社記者採訪時說,潘建偉剛來讀博士時從未做過實驗,但很有實驗的天賦。“我派他和一個團隊去做量子隱形傳態的實驗,那是非常複雜的實驗。他立即就接受並投入其中,對實驗充滿熱情。過了一段時間,他就成為該項實驗的領軍人物。”
在老師眼裏,當實驗中出現問題,潘建偉從不退縮,把困難當做更上層樓的激勵,大家總是聽他說“情況很好”,這個非常樂觀的人,總能找到解決問題的辦法,大家都喜歡他。
“毫無疑問,他現在是世界上這個領域最好的科學家,我非常為他驕傲。”塞林格說,“我也很鼓勵他回國發展,這裡有很好的機會。中國在量子通信領域已步入世界先進行列,這裡有很大一部分是潘建偉努力的結果。”
(小標題)做盤“量子好菜”
潘建偉掌握了先進的量子技術後,迫切地希望中國在信息技術領域抓住這次趕超發達國家並掌握主動權的機會。
1997年起,他每年假期回到科大講學,為中國在量子信息領域的發展提出建議,帶動研究人員進入該領域。2001年,他獲得中科院、國家自然科學基金委資助,在科大組建了量子物理與量子信息實驗室。
量子信息研究集多學科於一體,要想突破,須擁有不同學科背景的人才。有一手好廚藝的潘建偉知道,做盤好菜,需要各種各樣的好原料。
潘建偉將不同學科背景的年輕人送出國門,到德國、英國、美國、瑞士、奧地利等國學習鍛鍊。就這樣,他的團隊掌握了國際上最好的冷原子技術,最好的精密測量技術,最好的多光子糾纏操縱技術……
近年,潘建偉團隊已在《自然》《科學》《物理評論快報》等國際重要學術刊物上發表論文約200篇,被廣泛引用。
(小標題)科學帶來內心安寧
實驗中難免有讓人灰心喪氣的時候。但潘建偉說,做自己喜歡的事需要耐心,欲速則不達。“我願意循序漸進地學習、工作。成功了,當然很高興;不成功,也不覺得失落,就再來一次。關鍵是享受這個過程帶來的樂趣。”
“追求量子物理的奧妙,能讓人獲得內心的從容和安寧,如同陽光燦爛的春天,走在青草地上般心情愉快。”他說。
潘建偉是愛因斯坦的崇拜者,大學時就喜讀《愛因斯坦文集》,“愛因斯坦的散文是最深刻、最美的,對於我,那就是天籟之音。”
“研究量子物理對我的性格、思想產生了影響。在牛頓力學裏面,0和1,黑或白,要麼絕對正確,要麼絕對錯誤。但量子力學告訴我們,對錯、好壞是很難界定的,這時人就變得包容。”
潘建偉在繁忙工作中參加了很多科普活動,還創辦了以科普為目的的墨子沙龍。他說:“建設創新型國家,必須培養公眾的科學興趣,提升公眾科學素養,否則就不可能建成真正創新的國家。”
(小標題)摘取物理“皇冠上的明珠”
時光飛逝。量子世界一如既往地怪異、難以捉摸。神奇的量子糾纏能在時空中無限延展下去嗎?
“至少現在理論是這樣的,但也許量子糾纏會受到引力影響,它的品質會下降。而通過不斷地擴展量子糾纏分發的距離,在實驗上探尋量子物理和相對論的邊界,我們可能對時空結構和引力開展前瞻性研究。”潘建偉說。
下一步,潘建偉希望在地月拉格朗日點上放一個糾纏光源,向地球和月球分發量子糾纏。通過對30萬公里或更遠距離的糾纏分發,來觀測其性質變化,對相關理論給出實驗檢測。
“我已經47歲了,希望在60歲左右退休前,把這個實驗做完。”他說。
如果這個夢想能實現,潘建偉將摘取這個領域“皇冠上的明珠”。
潘建偉認為,發展量子通信、量子計算技術是國家重大需求,自己義不容辭,而把量子世界最奇怪的問題搞清楚,是自己內心的原動力。
“量子力學為什么會這麼奇怪,這個基本問題根本沒有解決,我們可能還處於出發點上。對我來說,為什么會有量子糾纏,是最深層次的東西,我始終沒有忘記。我把實驗做下去,將來可能搞明白。”潘建偉說。
他也認為,科學理論與實用技術不應被割裂,自己願意竭盡全力推動量子技術發展。
“用量子手段可以做很多事情,例如做原子鐘、精密測量,甚至可用來做癌症的早期診斷。操縱好量子,將為人類帶來巨大福祉。”潘建偉說。(完)

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