中国侨界杰出人物:潘建伟

2018年08月28日15:31  来源:万贯国际

潘建伟,中国科学技术大学常务副校长,主要从事量子物理基本问题检验、量子通信、量子模拟和计算等方面的研究。作为在国际上一直引领多光子纠缠操纵和量子信息实验研究方面的学者之一,他取得了一系列有重要国际影响的研究成果,并将量子保密通信技术真正带入现实应用。潘建伟已在包括Nature (14篇)、Science (2篇)、Nature子刊 (24篇)、PNAS (4篇)和Physical Review Letters (90篇)在内的国际权威学术期刊上发表(含接受)论文240余篇,共被Web of Science引用14,000余次。

主要科研成绩介绍如下:

1.多光子纠缠及其在量子隐形传态、量子计算等方面的应用

潘建伟克服了多粒子纠缠制备这一实验难题,在国际上首次实现多体纠缠性质被严格验证的多光子纠缠态,并利用多光子纠缠,以确定性的方式验证了量子非定域性;开创了多粒子量子非定域性实验检验和多光子纠缠这一重要研究方向。理论研究表明,纠缠的粒子数目越多,量子力学与定域实在论之间的矛盾越尖锐。潘建伟及同事通过自主发展的高亮度高纯度纠缠源和独立光子干涉等技术,在国际上首次实现对五光子纠缠的操纵,为当时世界上所有物理系统的最多纠缠粒子数目,首次达到普适量子纠错编码必需的最少比特数目;之后,潘建伟及其同事多次打破并刷新自己的记录,率先实现六光子、八光子和十光子纠缠,并保持纪录至今。

在量子隐形传态领域,潘建伟及其同事在国际上首次完成了对基本粒子(光子)单一自由度和多个自由度的量子隐形传态的实验演示,从原理上验证了这一技术的可行性。

利用国际领先的多光子相干操纵技术,潘建伟及其同事率先建立多光子比特的初级量子计算机原型,并在这些物理平台上开展了对量子逻辑门操作、纠错码、量子算法和量子模拟等方面的原理性测试和演示验证,为将来建立更多量子比特的实用型量子计算机奠定理论和实践基础。

2.全面发展了用于保密量子通信的光量子传输方法,奠定了广域量子通信的方法与科学基础

潘建伟是国际上量子通信实验领域的开拓者和先驱之一,并且带领了在世界上唯一瞄准这一路线图全面开展量子通信研究的团队,取得了系统性的重要进展。

2.1解决了实用量子通信的两大安全隐患,使得安全的量子通信网络成为可能

通过发展诱骗态编码和光纤偏振态保持等技术,潘建伟及其同事在国际上首次实现百公里量级的安全的诱骗态量子密钥分发,成功解决了非理想单光子源带来的安全性漏洞,奠定了基于光纤的城域量子通信的方法与科学基础。为满足更远距离的城市之间的信息安全需求,潘建伟及其同事发展了基于可信中继的城际量子通信关键技术,并为构建国际上首条千公里级量子通信骨干网“京沪干线”提供了坚实的技术支撑。

2.2 从理论上提出并实验实现了基于冷原子量子存储的量子中继基本单元,在原理上证明了大尺度量子通信的可行性

潘建伟及其同事在该方向开展了系统性创新研究,取得了一系列开创性的重要成果,包括:首次实验实现了量子纠缠交换;提出了利用现有技术可实现的纠缠纯化的理论方案,并利用该方案成功实现了普适的纠缠纯化,为远距离量子通信和容错量子计算克服环境噪声提供了解决方案;发现了一种远程量子存储器之间鲁棒的纠缠产生机制及基于冷原子系综和线性光学的实用化量子中继器方法,干涉仪稳定性方面相对于之前的方法改进了7个数量级,从而使得现实的远距离量子通信的实验研究成为可能;在此基础上,利用冷原子量子存储,实现了具有存储和读出功能的纠缠交换,实现了量子中继器基本单元;发展了国际上综合性能最好的量子存储器,可支持500公里距离的光纤量子通信。上述成果为城际量子通信的实现奠定了科学和技术基础。

2.3自由空间远距离量子通信的引领性实验研究

2005年,潘建伟及其同事通过在合肥城区的13公里自由空间量子纠缠和密钥分发,在国际上率先证明纠缠光子在穿透等效大气厚度的地面大气后,纠缠仍然能够保持,证明了星地量子通信的可行性。2010年,潘建伟及其同事在北京长城实现了16公里的自由空间量子隐形传态,进一步验证了自由空间量子隐形传态的可行性。2012年,通过自主发展高亮度、高纯度量子纠缠源、高精度的时间同步和光跟瞄技术,潘建伟及其同事在青海湖首次实现了基于四光子纠缠的百公里量级的自由空间量子态隐形传输和双向纠缠分发,严格证明,无论是从高损耗的地面指向卫星的上行通道链路,或是从卫星指向两个地面站的双通道下行链路,实现量子态隐形传输和量子纠缠分发都是可行的,这为基于卫星的广域量子通信和大尺度的量子力学基础原理检验的实现奠定了坚实的基础,而且也将为空间尺度的量子力学基础检验提供一个全新的实验平台。

在以上奠基性实验的基础上,潘建伟团队牵头实施了中科院“量子科学实验卫星”战略性先导专项。在专项的支持下,国际上首颗量子科学实验卫星“墨子号”于2016年8月在酒泉卫星发射中心成功发射,并成功完成了全部预定的科学实验任务。

除了上述潘建伟及同事在量子物理基本原理检验和光量子信息处理方面的成果外,近年来他在超冷原子量子调控方面也取得了系列原创性进展。潘建伟及同事系统性发展了超冷原子实验操控技术,对自旋-轨道耦合、玻色-费米双超流体、超冷分子化学反应动力学等开展了研究,取得了系列重要突破,已成为国际上超冷原子量子调控实验研究最优秀的几个团队之一。

这些先驱性的系统工作赢得了国际学术界的广泛认可和高度评价,引领和推动了量子信息技术尤其是量子通信技术基础研究和应用基础研究的热潮。相关研究成果多次入选两院院士评选的“年度中国十大科技进展新闻” (12次)、英国物理学会评选的 “年度物理学重大进展(Highlights of the year)”(7次)、美国物理学会评选的“年度物理学重大事件(The top physics story for the year)”(5次)、《自然》杂志评选的年度重大科学事件(3次)。

综上所述,潘建伟领衔的中国科大团队开展的系统性实验研究工作,已经使得量子信息已成为我国为数不多的在国际上占据优势的研究领域。《自然》杂志在其2017年度重大科学事件中指出:“国际同行们正在努力追赶中国,中国现在显然是量子卫星的世界领导者;”英国《新科学家》“中国崛起”特刊中,以“创新国度:人民的量子计算机”为题专门报道了该团队,并评论道:“中国科大——因而也是整个中国——已经牢牢地在量子计算的世界地图上占据了一席之地。”

(责编:徐雨融、刘奇)