20年前，潘建偉團隊在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)中國科大）提出發(fā)射量子科學(xué)實(shí)驗衛星時(shí)，國際上許多學(xué)者認為這并不現實(shí)——要把一個(gè)個(gè)單光子那么微弱的信號，從1000公里外的太空送到地面，還要接收并探測它，難度太大了。

量子通信領(lǐng)域資深學(xué)者、瑞士日內瓦大學(xué)教授Nicolas Gisin甚至說(shuō)：“我不認為在我退休之前，哦不，在我有生之年能夠看到它實(shí)現?！?/p>

從“一個(gè)團隊”到“一個(gè)兵團”

僅靠中國科大一個(gè)團隊確實(shí)不行。

“但我們注意到，中國科大的核探測與核電子學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室有成熟的單光子電子學(xué)探測技術(shù)和調控技術(shù)，中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所在空間光機終端系統方面有深厚積累。另外，中國科學(xué)院微小衛星創(chuàng )新研究院的衛星平臺可以滿(mǎn)足發(fā)射衛星的需求，中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所的地面望遠鏡則能在信號接收方面提供保障?！敝袊茖W(xué)院院士潘建偉說(shuō)，從器件到載荷研發(fā)、從空間技術(shù)到地面光學(xué)技術(shù)等，中國科學(xué)院在各方面都有技術(shù)力量支撐。

在中國科學(xué)院的統一組織下，潘建偉團隊聯(lián)合各單位，通過(guò)有效整合科技力量，組織起了大兵團科研攻關(guān)。2016年8月16日，“墨子號”量子科學(xué)實(shí)驗衛星成功發(fā)射升空。

“墨子號”科學(xué)實(shí)驗任務(wù)的完成，使我國率先在國際上實(shí)現了星地量子通信；2017年，量子保密通信骨干網(wǎng)絡(luò )“京滬干線(xiàn)”正式開(kāi)通，并與“墨子號”連接，實(shí)現世界首次洲際量子通信。

在量子計算領(lǐng)域，“九章”光量子計算原型機、“祖沖之二號”超導量子計算原型機先后實(shí)現“量子計算優(yōu)越性”里程碑，使我國成為目前唯一在兩種物理體系中都實(shí)現這一關(guān)鍵技術(shù)突破的國家。

“‘墨子號’、量子‘京滬干線(xiàn)’‘九章’……量子科技領(lǐng)域這些極具代表性的成果，為什么都產(chǎn)生于中國科學(xué)院？因為中國科學(xué)院有體系化建制化優(yōu)勢?！迸私▊フf(shuō)。

經(jīng)過(guò)多年布局，我國量子科技發(fā)展進(jìn)入了快車(chē)道。

2023年7月12日，“51個(gè)超導量子比特簇態(tài)制備和驗證”這一成果在《自然》在線(xiàn)發(fā)表。這項由中國科學(xué)院量子信息與量子科技創(chuàng )新研究院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)創(chuàng )新院）和北京大學(xué)研究團隊合作完成的研究成果，刷新了所有物理體系中糾纏比特數目的紀錄，為基于測量的量子計算方案走向實(shí)用奠定了基礎。

此前不久，來(lái)自中國科大、清華大學(xué)、濟南量子技術(shù)研究院、中國科學(xué)院上海微系統與信息技術(shù)研究所等單位的中國科學(xué)家通過(guò)合作，實(shí)現了千公里光纖點(diǎn)對點(diǎn)遠距離量子密鑰分發(fā)，創(chuàng )下了光纖無(wú)中繼量子密鑰分發(fā)距離的世界紀錄，為城際量子通信高速率主干鏈路提供了方案。該成果5月25日發(fā)表于《物理評論快報》。

量子信息領(lǐng)域的科研成果接連面世，是近10年來(lái)我國在量子科技領(lǐng)域取得長(cháng)足進(jìn)步的一個(gè)縮影。

與10年前相比，目前我國在量子調控和應用領(lǐng)域處于什么水平？

“時(shí)至今日，我國的量子科技已經(jīng)實(shí)現了從跟跑、并跑到部分領(lǐng)跑的歷史飛躍，量子通信研究穩居國際領(lǐng)先地位，量子計算研究牢固確立國際第一方陣地位，量子精密測量研究盡管整體上與國際領(lǐng)先水平尚存差距，但也有了大幅進(jìn)步，在多個(gè)方向進(jìn)入國際前列?！迸私▊ジ嬖V《中國科學(xué)報》。

從“對拍桌子”到“一起拍板”

在“墨子號”的具體實(shí)現階段，科學(xué)家與工程師在細節落實(shí)上，沒(méi)少對坐在會(huì )議桌前“拍桌子”。

潘建偉說(shuō)，科學(xué)家希望追求更高的科學(xué)目標，想法更加大膽，工程上的穩定性可能會(huì )打折扣。而工程上為了保證順利完成發(fā)射任務(wù)，希望把難度降低一些。工程師擔心，太激進(jìn)的方案可能導致載荷等精密設備前一秒還在工作、下一秒就出問(wèn)題。

“后來(lái)我們采取了一種做法，就是‘首席科學(xué)家+工程總指揮+工程總師’的決策組織模式。遇到分歧，大家一起拍板?！迸私▊フf(shuō)，“首席科學(xué)家+兩總”的模式，在類(lèi)似科研任務(wù)中一直延續了下來(lái)。

算起來(lái)，這樣合作已經(jīng)10多年了?！拔蚁?，未來(lái)還會(huì )繼續合作，可能一直到我們退休、下一代人退休……我覺(jué)得這是一個(gè)非常重要的經(jīng)驗?！迸私▊フf(shuō)。

廣泛發(fā)動(dòng)力量、加強協(xié)同合作，是我國能在量子科技領(lǐng)域持續進(jìn)步的一大“法寶”。

為解決科技體制與科技快速發(fā)展要求不相適應的問(wèn)題，2016年，中國科學(xué)院在“率先行動(dòng)”計劃下，專(zhuān)門(mén)成立了創(chuàng )新院。

中國科學(xué)院在北京、上海、合肥等地，擁有多個(gè)量子科技研發(fā)團隊和力量。而創(chuàng )新院的成立，讓不同單位、具有不同學(xué)科背景和專(zhuān)業(yè)知識的人與團隊能夠很好地協(xié)同創(chuàng )新。

科研經(jīng)費投入到創(chuàng )新院，原單位的績(jì)效如何評估？貢獻如何排名？

潘建偉介紹，創(chuàng )新院每年會(huì )做出相應的統計并分發(fā)到各單位——在承擔國家重大任務(wù)時(shí)，盡管科研經(jīng)費的運作是在創(chuàng )新院，但實(shí)際績(jì)效“工分”會(huì )記錄在各研究所；大家在創(chuàng )新院開(kāi)展科研攻關(guān)，產(chǎn)出成果后，創(chuàng )新院可以列為最后一個(gè)完成單位。

“可以說(shuō)，較好地清除了協(xié)同攻關(guān)最大的一個(gè)體制機制障礙?！迸私▊フf(shuō)，在這個(gè)過(guò)程中，大家會(huì )感受到是為了國家重大任務(wù)和重大需求而團結協(xié)作、干事創(chuàng )業(yè)。

從“大膽起用年輕人”到“成為主導力量”

2013年7月17日，中共中央總書(shū)記、國家主席、中央軍委主席習近平來(lái)到中國科學(xué)院考察工作之時(shí)，潘建偉作為“中青年代表”參加了座談會(huì )。

“我在現場(chǎng)能感受到習近平總書(shū)記對量子科技的高度關(guān)注、對量子科技工作者的殷切期待?！?0年后再回顧，潘建偉仍難掩激動(dòng)。

在中國量子科技前進(jìn)的路上，年輕的科學(xué)家一直被“大膽起用”，直到成為主導力量。

“墨子號”量子科學(xué)實(shí)驗衛星在2011年12月進(jìn)入工程研制階段時(shí)，擔任首席科學(xué)家的潘建偉41歲、擔任衛星系統副總設計師之一的彭承志35歲。

彭承志還記得，“墨子號”的原理性實(shí)驗開(kāi)始于2003年。當時(shí)團隊想做量子科學(xué)實(shí)驗衛星的可行性驗證：量子糾纏能不能穿過(guò)大氣層？“潘老師覺(jué)得，量子通信的基本原理已經(jīng)比較清晰，就想讓我去做量子保密通信的工程實(shí)現?！?/p>

當時(shí)，彭承志剛27歲，而且他原本是學(xué)電子學(xué)的。潘建偉說(shuō)，“你工程能力強，大膽去試試”，并建議他“可以去大蜀山做”。

2013年，陸朝陽(yáng)31歲。這年，陸朝陽(yáng)跟著(zhù)潘建偉去了一趟德國?；貒?，他開(kāi)始著(zhù)手光量子計算方面的研究。經(jīng)過(guò)7年努力，陸朝陽(yáng)作為主要完成人之一，成功構建76個(gè)光子的量子計算原型機“九章”，使我國成為首個(gè)在光量子體系實(shí)現“量子計算優(yōu)越性”里程碑的國家。

“我們對年輕人的態(tài)度是，只要年輕人能干、愿意干，就放手讓他們去干?！迸私▊フf(shuō)，“在摸爬滾打的實(shí)踐中，年輕人得到了成長(cháng)?！?/p>

與此同時(shí)，潘建偉也一直鼓勵學(xué)科交叉。

趙博2001年7月畢業(yè)于中國科大近代物理系，一直到博士后出站，都是做理論物理方面的研究。2012年回國后，正趕上團隊認識到“超冷量子化學(xué)”的機理研究正在蓬勃發(fā)展、非常重要，于是他被潘建偉告知“你可能需要轉一下行”。

趙博二話(huà)沒(méi)說(shuō)，一頭扎進(jìn)這個(gè)領(lǐng)域，一鉆就是七八年。如今，他帶領(lǐng)的小組陸續在《自然》《科學(xué)》發(fā)論文，逐漸在國際超冷量子化學(xué)領(lǐng)域嶄露頭角。

“人才培養，就是為國養才。國家有需要，我們就通過(guò)提拔年輕人、進(jìn)行交叉與協(xié)同合作，取得前沿方向的突破?！迸私▊フf(shuō)。

事實(shí)上，潘建偉所在的中國科大，也不斷在量子科技人才培養模式上探索創(chuàng )新。

2021年，為滿(mǎn)足量子科技人才培養的需要，中國科大設立了國內第一個(gè)量子信息科學(xué)本科專(zhuān)業(yè)；我國首個(gè)量子科學(xué)與技術(shù)方向的博士學(xué)位授權點(diǎn)也落戶(hù)中國科大；同年7月，中國科大“未來(lái)技術(shù)學(xué)院”正式成立，旨在面向量子科技發(fā)展對未來(lái)人才的需求，創(chuàng )新未來(lái)科技創(chuàng )新領(lǐng)軍人才培養模式，打造體系化、高層次量子科技人才培養平臺，造就一批未來(lái)能夠把握世界科技發(fā)展大勢、善于統籌協(xié)調的世界級科學(xué)家和領(lǐng)軍人才。

“一系列舉措就是為了解決人才培養與隊伍建設的問(wèn)題，希望能夠產(chǎn)生世界級大師，推動(dòng)領(lǐng)軍人才的培養?！迸私▊フf(shuō)，經(jīng)過(guò)10年努力，我國在量子科技領(lǐng)域已形成了一支體量適度、學(xué)科均衡的人才隊伍，“基本能滿(mǎn)足現階段量子科技發(fā)展的需要”。

從“開(kāi)始調控量子世界”到“帶來(lái)新的產(chǎn)業(yè)革命”

潘建偉至今仍記得習近平總書(shū)記當年關(guān)于量子科技的論斷：科學(xué)家們開(kāi)始調控量子世界，這將極大推動(dòng)信息、能源、材料科學(xué)發(fā)展，帶來(lái)新的產(chǎn)業(yè)革命。

“我感到，‘科學(xué)家們開(kāi)始調控量子世界’正在一步步變成現實(shí)。我們希望繼續通過(guò)10年至15年的努力，發(fā)展各種技術(shù)，去實(shí)現總書(shū)記‘將極大推動(dòng)信息、能源、材料科學(xué)發(fā)展，帶來(lái)新的產(chǎn)業(yè)革命’的預言?！?/p>

面向未來(lái)，潘建偉向《中國科學(xué)報》展望了量子科技發(fā)展的圖景。

量子保密通信還可以更遠?！案鶕脩?hù)提出的反饋，進(jìn)一步提高它的速率、減少它的體積、降低它的成本，進(jìn)一步推向實(shí)用。另外，希望把通信距離做得越來(lái)越遠?！迸私▊フf(shuō)，這需要用量子中繼的方式把相距遙遠的城市連接起來(lái)。

“目前，量子中繼尚處于應用基礎研究階段，相信10年后可以變成一種實(shí)用化的技術(shù)?！彼麑τ浾哒f(shuō)，“在全球化量子通信方面，我們將構建由多顆低軌量子微納衛星組成的實(shí)用化‘量子星座’，第一顆量子微納衛星已于去年7月發(fā)射成功，后續我們還將發(fā)射這樣的低成本微納衛星。另外，我們將發(fā)射一顆中高軌量子科學(xué)實(shí)驗衛星，目前創(chuàng )新院正在緊鑼密鼓地開(kāi)展工程研制，希望在2026年底具備發(fā)射條件?！?/p>

量子計算還可以更快。潘建偉說(shuō)，希望用5年左右的時(shí)間，解決量子糾錯的問(wèn)題，“進(jìn)而實(shí)現數千個(gè)量子比特的相干操縱”。如此就可以構造出專(zhuān)用的量子模擬機，將來(lái)可以解決一些具有重大科學(xué)意義的、非常復雜且難以計算的問(wèn)題，在此基礎上，他還希望通過(guò)10年到15年的努力，構造出可容錯的通用量子計算機。

量子精密測量還可以更準。潘建偉告訴記者，通過(guò)中高軌衛星的發(fā)射，希望能夠實(shí)現萬(wàn)公里的洲際時(shí)頻比對。

“時(shí)間的同步很重要，比如，時(shí)間同步精度若能達到10-18秒——100億年只差一秒這樣的精度，將給時(shí)間單位‘秒’帶來(lái)全新的定義?！迸私▊フf(shuō)，隨著(zhù)量子調控時(shí)代的到來(lái)，國際計量大會(huì )已形成決議，7個(gè)基本物理量都要用量子化方法重新定義。

“我們希望其中有中國的貢獻——通過(guò)開(kāi)發(fā)一系列量子精密測量裝置，改變目前精密測量格局?！迸私▊フf(shuō)，這也是建設科技強國對我們的一個(gè)必然要求。

來(lái)源：《中國科學(xué)報》