中科大量子調控研究團隊創造系列“世界首次”

　　“他們使得中國科學技術大學，因而也是整個中國，牢牢地在量子計算的世界地圖上占據了一席之地。”英國《新科學家》雜志曾這樣評價中國科大潘建偉教授領導的團隊。

　　潘建偉的團隊是中國科大量子調控領域四個主要團隊之一。所謂量子調控，就是通過技術手段去操縱光子、原子、分子等微觀粒子的狀態和相互作用，利用量子規律認識和改造世界。十多年來，這四個科研團隊在量子物理基礎檢驗、量子通信、量子計算、量子模擬、表面單分子的量子調控等方面取得了一系列原始創新成果——

　　在英國《自然》雜志及其子刊、美國《科學》雜志、《物理評論快報》等國際權威學術期刊上發表高水平國際論文400多篇，相關研究成果四次入選歐洲物理學會和美國物理學會評選的年度國際物理學重大進展，九次入選我國兩院院士評選的年度“中國十大科技進展新聞”，六次入選科技部評選的年度“中國基礎研究十大新聞”……

　　今天我們知道，量子糾纏揭示的量子非定域性是量子力學基本問題中的最重要課題之一，量子糾纏也是量子信息處理的核心資源，多粒子糾纏操縱是量子信息領域的重大挑戰和核心任務。可在十多年前，國內對是否開展量子信息研究還有爭議，甚至有人認為量子信息是偽科學。而經過十年的努力，潘建偉團隊關于多光子糾纏操縱、量子通信、量子隱形傳態等方面的系統性創新工作，使得量子信息實驗研究成為近年來我國物理學發展最為迅速的方向之一。該團隊先后實驗實現了四光子、五光子、六光子、八光子以及十比特光子糾纏態，在多光子糾纏的產生、操縱、鑒別及應用方面一直處于國際領先地位。

　　量子通信技術是解決信息安全的根本性手段，具有重大的經濟價值和戰略意義，其長遠目標是實現絕對安全的遠距離量子通信。潘建偉團隊在量子隱形傳態、量子糾纏交換、量子糾纏純化、量子密碼等重要研究方向開展了系統性的創新研究，在國際上實現距離最遠的自由空間量子隱形傳態、絕對安全距離超過100公里和200公里的誘騙態量子密鑰分發等。

　　同時，他們注重與國家重大需求相結合，在量子通信技術的實用化方面也走在了國際前列。2009年，潘建偉團隊成功研制出國際上首個全通型量子通信網絡和首個城際量子通信網絡，該成果很快在新中國成立60周年大慶期間用于構建“量子保密熱線”。今年2月，合肥城域量子通信試驗示范網、新華社“金融信息量子通信驗證網”先后建成開通。為了搶占量子通信領域的制高點，他們提出了利用衛星進行自由空間量子科學實驗的科學設想，并制定了實驗方案，中科院于2011年正式啟動了空間科學戰略性先導專項，計劃在2015年左右發射量子科學實驗衛星。

　　量子調控研究涉及多學科交叉、理論與實驗相結合。中國科大侯建國院士與楊金龍教授的聯合團隊，就是這方面的典范。侯建國負責實驗部分的精耕細作，楊金龍負責理論方面的深度掘進，他們帶領一批年輕教師和研究生，利用低溫超高真空掃描隧道顯微鏡，巧妙地對吸附于金屬表面的鈷酞菁分子進行“單分子手術”，成功實現了單分子自旋態的控制。該成果發表在《科學》上，被評為2005年度中國十大科技進展。

　　“學科交叉讓志趣相投的人聚到一起，好比是‘物理組合’，相互交流碰撞，往往能產生‘化學反應’，催生一流成果。”中國科大校長侯建國如是說。

　　在國際上首創概率量子克隆原理，首創量子避錯編碼原理并被實驗證實，首次實驗驗證了新形式的海森堡不確定原理，首次實驗實現了開放量子系統動力學行為的調控……，十多年來，中國科大中科院量子信息重點實驗室原創成果不斷。實驗室主任郭光燦院士把原因歸結為：敏銳把握學科前沿，提前部署新生力量，看準“潛力股”給予超前支持。

　　“我給年輕人指出大方向，讓他們自主開辟具體的研究領域，獨立帶領科研小組、指導研究生，并千方百計地為他們爭取資源、創造條件。”郭光燦說。

　　郭國平是該實驗室培養的博士，他研三時提出改做固態物理方面的研究。郭光燦認為很有價值，就支持他到國外進修。學成歸來后，郭光燦讓當時不到30歲的郭國平負責建立國內首個半導體量子芯片研究組，很快取得了幾項階段性重要成果，引起了國際同行的關注。2009年，年僅32歲的郭國平被學校聘為特聘教授。2011年，科技部啟動導向性重大項目，郭國平小組被選中承擔“固態量子芯片研究”重大項目。

　　潘建偉領導的團隊不僅年輕，而且“陣容豪華”。這支骨干成員多在30多歲的隊伍中，有中組部“千人計劃”入選者1人，中組部“青年千人計劃”、中科院“百人計劃”入選者及國家杰出青年科學基金獲得者11人。去年入選首批“青年千人計劃”的陳宇翱和陸朝陽教授，當時只有30歲和28歲。與美國、德國、英國、奧地利等國際領先水平的研究小組密切合作，有計劃地將不同學科背景的優秀年輕人送到對方學習鍛煉，是該團隊不斷取得突破的“法寶”。這些年輕人在國外學到過硬本領后，近年來悉數回國，獨當一面，使該團隊實力空前壯大。

　　“團隊有明確的規劃，每個人有明確的目標，國家重視，年輕人機遇多，干勁很足。”潘建偉說。

　　中國科大學術氛圍比較寬松，對肩負重要任務的科研人員，在科研經費、發表論文等方面，并沒有硬性的考核指標，只是要求3至5年進行一次階段性的工作匯報，目的是讓他們潛心做高水平的原創性工作。

　　“科學家需要的不是簡單的管理，而是完善的服務，管理者應把重點放在為他們創造條件、解決困難、營造氛圍上。”侯建國說。

　　杜江峰教授是國內最早從事量子計算技術研究的科學家之一。2007年，他申請到了“基于核自旋量子調控的固態量子計算研究”重大科學研究計劃項目，并任首席科學家。但是，要開展進一步的創新研究，還需要購置先進的實驗設備，杜江峰遇到了困難。這時，學校和微尺度物質科學國家實驗室向他伸出了援助之手，撥給和借給他550萬元，再加上自己的科研經費，一共800萬元，全部用來購置實驗設備。

　　短短一年多時間，國內第一個脈沖電子順磁共振實驗平臺建成了。2009年，杜江峰和香港中文大學教授劉仁保合作，利用這一實驗平臺在國際上首次實現了真實固態體系的最優動力學解耦，極大地提高了電子自旋相干時間，并成功厘清各種退相干機制在此類固體體系中的影響。該成果發表在《自然》上，入選2009年度中國十大科技進展。