您的位置:首页 > 探索新闻 > 正文

“集团军”让量子研究捷报频传|“率先行动”计划

2020/9/14 2:24:52 来源:原创 浏览:

作者 | 陈欢欢

近日,光量子计算和大尺度光量子信息处理两项成果双双入选中国科学院“率先行动”计划第一阶段59项重大科技成果及标志性进展。

8月16日,世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”迎来4岁生日。在距离地球500公里的轨道上,这颗超期服役2年的“老”卫星仍然捷报频传。

6月15日,中国科学院院士、中国科学技术大学教授潘建伟领衔的合作团队在《自然》发表论文,在国际上首次实现了基于纠缠的无中继千公里级量子保密通信。这也是“墨子号”4年间产生的第5篇《自然》《科学》论文。

随着一项项科学实验的成功,卫星量子通信的应用前景日益清晰。

战略布局占先机

7月23日,美国能源部公布报告,规划了美国“量子互联网”战略蓝图。欧盟早在2016年也提出过“欧洲量子技术旗舰计划”,打算用10年建成量子互联网。

可喜的是,我国在这一领域,相关基础研究和工程技术水平都处于国际引领地位。

今年3月,我国科学家刚刚创造了光纤量子通信509公里的新纪录。同时,“墨子号”保持着星地之间1200公里量子通信的世界纪录。“墨子号”和“京沪干线”的成功实施,构建了国际首个天地一体的广域量子通信网络雏形。

之所以能“起个大早、赶个早集”,得益于潘建伟的战略眼光与布局。

量子科技研究主要集中在量子通信、量子计算和量子精密测量等领域,有多光子纠缠、光量子计算、超冷原子量子模拟、光晶格量子模拟、量子中继器等诸多方向。

这么多学科方向,一个人不可能包打天下。从单枪匹马到带领一支近百人的团队,潘建伟用了10多年时间。

本世纪初,量子科技在中国还颇为冷门。潘建伟也面临着学科方向不被理解、申请经费四处碰壁的困境。

在人手紧缺的情况下,他却果断地把优秀学生纷纷送走。德国海德堡大学、奥地利因斯布鲁克大学、美国斯坦福大学、英国剑桥大学、瑞士日内瓦大学……这些量子科学和技术顶尖团队所在地,都留下了潘建伟弟子学习的身影。

如今,各研究室独当一面的负责人正是当年那些漂流四海的年轻人。

“墨子号”量子纠缠源分系统主任设计师印娟的成长路线却略有不同。

2002年,大二结束的暑假,印娟来到潘建伟实验室,成为实验室第一位女生,从此再没有离开。

2017年,“墨子号”千公里级星地双向量子纠缠分发实验成功,以封面论文的形式发表在《科学》,印娟成为团队里第一个同时拥有《自然》和《科学》第一作者身份的科学家。

善于布局,也安心等待。这样的一支团队,一出手就是“大”成果不足为奇。

敢想敢干出奇迹

“墨子号”科学应用系统主任设计师任继刚,至今仍清楚地记得读博时第一次听潘建伟作报告的情景。“太神奇了,就像听一个科幻故事。”他回忆说。

在场的很多人可能也跟任继刚一样,把量子科技当成科幻故事。而作报告的那个人却是认真的。

2003年,潘建伟陷入量子通信研究瓶颈。由于光子在光纤传输时损耗太大,传输100公里只剩下1%的信号到达接收端。而外太空因为几乎真空,光信号损耗非常小,潘建伟破天荒地提出了“上天”这个“大胆且疯狂”的方案。

当时,他向博士生彭承志科普量子通信的发展前景,当说到需要通过太空实现长距离传输时,彭承志认为“这是一个遥不可及的梦想”。他问潘建伟:“这个事,是不是挺牛的?”潘建伟想了想,很肯定地回答:“肯定牛,是世界上最牛的,至少是之一。”

带着这样的信念,他们在合肥大蜀山山顶开始了第一个实验,于2005年实现了13公里的量子纠缠分发。这个传输距离超过了大气层的等效厚度,从而证实了远距离自由空间量子通信的可行性。

2009年,团队在青海湖开展百公里量子纠缠分发实验。当时,团队里的3位主力——2007年博士毕业的任继刚、2009年博士毕业的印娟、2010年将要博士毕业的廖胜凯,后来分别成为“墨子号”3个分系统主任设计师。

岛上通信信号极差,几位年轻人没什么消遣,晚上做实验,白天借着搭建的无线网桥开例会。2012年,团队在国际上首次实现百公里量级的自由空间量子隐形传态和纠缠分发。

2017年,利用“墨子号”,他们将量子纠缠分发的距离再提高一个量级,达到1200公里。

从大蜀山的13公里到天地间的上千公里,潘建伟团队一步一个脚印,从无到有地验证了量子通信的可行性。

“率先行动”很给力

中国科学院院士、科技部原部长徐冠华曾公开指出,我国对自身科学研究能力不自信,“在科技项目的确定过程中,习惯于拒绝支持有争议的项目,排斥没有国外先例的研究”。

当年的潘建伟,面对的就是这样的窘境。

2003年,潘建伟首次提出利用卫星实现自由空间量子通信的构想。这个“前无古人、闻所未闻”的想法立即遭到多方质疑:量子信息科学,欧洲美国都刚刚起步,我们为什么现在要做?

这个“不靠谱”的计划却获得了中国科学院的支持。2011年底,中国科学院空间科学先导专项正式立项“量子科学实验卫星”,自此打开了量子世界的大门。

2014年,中国科学院启动实施“率先行动”计划,给“墨子号”研制团队带来了“集团军”的支持。

当年10月,中国科学院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心率先成立,2017年5月更名为量子信息与量子科技创新研究院。

这使得中国科学技术大学同中国科学院上海技术物理研究所、微小卫星创新研究院、光电技术研究所等都有了更加紧密的合作关系。

中国科学院上海技术物理研究所研究员、量子科学实验卫星工程常务副总师王建宇曾比喻称:星地间量子纠缠分发的难度,就像在太空中往地面的一个存钱罐里扔硬币,而且天空中的“投掷者”相对地面上的“存钱罐”还在高速运动。

在“率先行动”计划的支持下,这样一项看似“不可能的任务”最终顺利完成。“我们的合作体现出了创新研究院的价值,那就是集中力量干大事。”潘建伟说。

中国科学院院长、党组书记白春礼评价称,“墨子号”为中国在国际上抢占了量子科技创新制高点,成为了国际同行的标杆,实现了“领跑者”的转变。

天时、地利、人和,量子团队的下一个“惊喜”也许很快就会到来。

《中国科学报》 (2020-09-10 第1版 要闻)

编辑 | 赵路

排版 | 志海

不想错过中国科学报的推送?

关注并将我们星标吧!

方法如下 ↓

看看网友怎么说

手机用户25982190620:为什么有人说量子技术是伪科学?是嫉妒还是恶意中伤?

lonelydra:量子技术,别说是普通人,一般的大学生都不一定能说个大概,就好比几十年前给大众讲二进制编码!

极物初会:潘建伟已成为当下的大科学家!国家要像钱学森那样保护好他的安全!

雨后便是晴天189:中科院量子团队,加油,中国加油

顺其自然241742870:怎么总有人质疑潘院士的研究成果和抨击他呢?

普科民:为量子打假的一记耳光

用户6342561000323:记得去年的头条报道潘健伟教授的量子研究成果,很多人在评论区质疑歪曲甚至是对教授本人进行人身攻击。现在看来,这群人是多么的渺小无知和反动。

用户7301370341313:提高警惕,严防美国偷窃中国的量子技术。

如有雷同纯属偶然:支持潘教授团队,身为中国人为你们取得的成绩感到自豪,你是好样的。

那年的石榴花特别红:向潘院士致敬,向潘建伟团队致敬!

用户1371069536985:让米国人闹封锁去,我们埋头搞科研,到它回过头一瞧,河东己变河西。为中科院的量子团队加油[加油]

旅行者赵哥:没有远见的留学,就没有今天中国量子研发的世界领先前列的局面。

用户亨通:科学创新就是不按常理,敢想敢干。

夏雨峰:这标志着我国已构建出天地一体化广域量子通信网络雏形,为未来实现覆盖全球的量子保密通信网络迈出了坚实的一步。

松霸山:潘建伟是一位快半拍类型的科学家,极其重要,国家应该好好珍惜。

文章来源网络,版权归属原作者,未注明作者均因传阅太多无从查证。本站为公益性非盈利网站,在本网转载其他媒体稿件是为传播更多的信息,此类稿件不代表本网观点。如果本网转载的稿件涉及您的版权、名益权等问题,请尽快与我们联系,我们将第一时间处理!
  • 陈根:跳出局限的力量,量子计算有多少种可能?

    文/陈根1900年,普朗克在论文里首次提出了能量的不连续性,一脚踢开了量子力学的大门。在量子世界里,所有物质都可以被还原成61种基本粒子。其中最重的基本粒子,质量也不超过3.1×10^-25千克。20世纪40年代,图灵精确定义了算法的含义,并描述了我们现在所称的图灵机(Turingmachine):

  • 末日冰川可能要崩!海平面或升约65厘米,气候给人类提了个醒?

    作者:文/虞子期2020年以来,关于全球异常气候变化的话题可以说特别多,不少人都说今年是多灾多难的一年,但是无论是不是,我们都不应该感觉到奇怪,随着全球气候的变化,异常气候现象是趋势,科学家们很早都已经说过了,人类如果没有对气候进行任何的改变,那么未来极端气候现象可能会更多,而2020年也许只是一个

  • 搜寻1000万颗恒星无功而返的意味:地外文明真的不存在吗?

    一组科学家正在搜寻地外文明,他们扫描了1000万颗恒星,结果一无所获。根据CNET报道,澳大利亚科廷大学(CurtinUniversity)和研究组织CSIRO的科学家们,用4096天线阵列扫描了广阔的太空区域,希望能够捕获外星文明使用的无线电传输信号,但是没有任何收获。当然,这项发现并不能排除外星

  • 听说过流体力学中的死水效应吗

    引擎正常工作的轮船在行驶过程中为何神秘减速,甚至停滞不前?1893年,工程师首次观察到的这一现象,并在1904年通过实验进行了验证,但直到今天,我们还是没有完全揭开死水效应的神秘面纱。来自CNRS和普瓦捷大学的跨学科团队首次给出了关于背后机制的解释:被死水困住的船只,速度变化是由于波浪的作用,就像起

  • 嫦娥四号进入第22月昼“玉兔二号”将对2个撞击坑开展科学探测

    中新社北京9月12日电(郭超凯)据中国国家航天局探月与航天工程中心消息,已在月球背面工作618天的嫦娥四号着陆器和“玉兔二号”月球车,再次受光照自主唤醒,分别于9月12日5时15分和9月11日11时54分,迎来第22月昼工作期。基于全景相机拼接影像、DOM影像等数据情况,“玉兔二号”月球车在第22月

  • 中国首颗极地遥感小卫星已获取2500多幅影像

    新华社2020年9月13日讯中国首颗极地遥感小卫星“京师一号”12日在轨运行一周年,迄今为止已获取影像2501幅,其中南极冰盖影像850幅,北极影像1025幅。研发团队12日在京发布的该卫星数据显示,自发射入轨以来,“京师一号”已生产高质量少云南北极1级遥感数据产品超过240景,产品分辨率为80米。

  • 美国心心念念想买下的宝藏岛 正在以前所未有的速度融化掉

    这几天,一份发表在权威科学周刊《自然》旗下《通讯-地球与环境》上的研究报告引发不小震动,内容是由于气候变暖,2019年全年格陵兰岛融化的冰盖体积比2012年创下的记录还要多15%,超级创纪录地融化了近5320亿吨冰。格陵兰岛冰雪加速融化。图源:新华社什么概念?想象一下,格陵兰岛2019年全年平均每分

  • 那个美国心心念念想买下的宝藏岛 正在以前所未有的速度融化掉

    这几天,一份发表在权威科学周刊《自然》旗下《通讯-地球与环境》上的研究报告引发不小震动,内容是由于气候变暖,2019年全年格陵兰岛融化的冰盖体积比2012年创下的记录还要多15%,超级创纪录地融化了近5320亿吨冰。什么概念?想象一下,格陵兰岛2019年全年平均每分钟融冰100万吨,这些融化了的冰每

  • 近50年降三分之二以上!野生动物大灭绝或出现,人类何去何从?

    作者:文/虞子期大家都知道,地球已经经历了“五次生物大灭绝”过程,而这五次几乎消灭了地球上大部分的生物。随着人类对生态环境的破坏加剧,越来越多的生物在逐步消失或灭绝。所以不少的科学家已经怀疑,我们地球新一轮的生物大灭绝可能已经来了,也就是“第六次生物大灭绝”。这对人类来说是个“噩梦”,一旦第六次生物

  • 天体的世界里也存在着达尔文进化论所肯定的物竞天择原理

    土星是太阳系拥有卫星最多的行星,迄今一共发现了84颗,同时土星还有一个像唱片一样的光环,这个光环其实是一些小天体的骨灰,根据洛希极限定律,当一个小天体接近一个比自己大得多的天体时,超越一定界限就会被大天体的潮汐力所粉碎,这个极限一般是大天体直径的2.4倍,这也正好是土星光环的位置,这么耀眼而又宽阔的