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“鬼魅般的超距作用”，爱因斯坦是这样形容量子纠缠的。

在量子物理的世界中，两个或以上处于纠缠态的粒子无论相隔多远，都能“感知”和影响对方的状态。

虽然一百多年来，物理学家对量子纠缠争论不休。

但它的这种神奇特性，却也一次次被实验证实。

而在此基础上，量子纠缠也被挖掘出了应用于保密通信上的价值，即量子通信。

它是目前唯一被证明，无法被窃听、绝对安全的保密通信手段。

“墨子”号发射现场

然而当其他人都停留在理论实验阶段时，我国却率先将其应用到了实际中。

这神秘了100多年的量子物理，终于派上了用场，走进了人们的实现。

2016年8月16日，全球首颗量子科学实验卫星“墨子”号在中国酒泉卫星发射中心发射成功。

这次中国领先于全世界，率先进入了量子通信领域。

这么多年来，中国的全面腾飞是全世界有目共睹的。

但我国在前沿科学上，却一直远远落后于欧美。

今天，中国已经成为这重要科学领域的世界领头羊。

而在全球领先的“墨子”号背后，也始终有一个默默耕耘的身影。

他就是中国量子通信之父——潘建伟。

潘建伟

1970年，潘建伟出生于浙江东阳市。

其父母虽然都是教师，但他们对潘建伟实施的教育方案，却总是讲求“无为而治”。

所以他从小都不会被逼着学这学那，颇为随性自由。

不过到了初中，家搬到了县城后，潘建伟就开始感受到压力了。

从农村毕业的他，就因语文和英语基础薄弱而吃尽了苦头。

“第一次写作文，老师只给了40分”，这令身为班长的自己感到无比羞愧。

潘建伟与两个姐姐的合影

但潘建伟天性乐观，就是有种不认输的精神。

为了把英语学好，他经常把同学请到家里来，又或是专门向老师请教。

很快，他就以神速的进步，弥补了过去薄弱的基础。

到中学毕业时，他还是拿了全年级第一名。

1996年，潘建伟与导师张永德教授

而在循序渐进的学习中，潘建伟也发现了自己对物理的热爱。

为了能在大学继续研究物理，他甚至放弃了保送浙江大学热门专业的“金门票”。

17岁，他也终于如愿以偿考进中国科技技术大学的近代物理系。

在那个“搞原子弹不如卖茶叶蛋”的年代，潘建伟是一头扎进了别人认为没前途的基础物理研究。

在大学时期，和许多物理爱好者一样，潘建伟一直就将爱因斯坦列为偶像。

他热爱阅读《爱因斯坦文集》，总喜欢随身携带着文集的第一卷。

那时，中科大的同学还为潘起了个绰号为“伯特”，因为“阿尔伯特”正是爱因斯坦的名字。

后来在参加节目《开讲啦》之前，他还专程托人送给了主持人撒贝宁一本。

而他身边的学生，更是人手一本。

潘建伟在节目《开讲啦》现场

不过与大多数人不同的是，潘建伟更喜欢用行动来拉近自己与爱因斯坦的距离，而不仅仅是崇拜。

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在中科大，潘建伟第一次接触到量子理论，就被其诡谲深深地吸引住了。

当时沉浸在量子世界不能自拔的潘建伟，甚至还差点因疏于功课而挂科。

而在这之后，他也一直深耕在量子理论这片土地上。

只是随着研究的深入，潘建伟越发感觉到，量子理论中的各种疑案，需要更尖端的实验技术才能得以验证。

因斯布鲁克大学（Innsbruck University）

但当时在国内，这方面的水平还是一言难尽，比较落后的。

所以，本没有出国打算的潘建伟，选择了留学这条路。

不过，这次出国留学他不只为了自己的梦想，更是为了一个中国梦。

当时来到奥地利因斯布鲁克大学，导师塞林格（Anton Zeilinger）就问他：“你的目标是什么？”。

潘建伟也坦露了自己心声：“我想要在中国，建一个和您实验室一样世界领先的量子物理实验室”。

塞林格（Anton Zeilinger）

潘建伟一直用行动践行着这个承诺，也对得起当初的野心。

刚进塞林格教授门下攻读博士学位，他就一直在脑海里酝酿着一个对量子态进行隐形传输的实验方案。

所谓量子态隐形传输，就是利用“量子纠缠”的一种全新通信方式，也称量子通信。

量子纠缠理论认为，两个相互纠缠的电子对即使一个地球一个在月球。

只要你观测到了其中一个电子的状态，另一个电子也会瞬间产生相同的改变。

而利用这种“鬼魅般的超距作用”，量子通信便可以将另一个粒子的未知量子态传送到遥远的地点，而不用传送这个粒子本身。

量子隐形传态科普版，图片来源：刘琪

其实从过去摩斯电码到电报、传真、再到移动电话、网络通信，其信息安全的隐患都是一直存在的。

而在量子通信则因其不可被分割、无法被克隆等特性*，做到不可被窃取与绝对安全。

注：首先，光量子是不可被分割的，已是光能量的最小单位了。所以窃听者无法采用将光子分成两半的方式（一半用于获取密钥，一半用于传输给接收方避免被发现）窃取信息。而且，光量子还具有无法克隆性。原因是光量子本身是无法准确测量，所以窃听者就无法通过准确测量光子，克隆出一个一模一样的光子以获取信息。换句话说，就是在量子通信传输信息的过程中，信息一旦被窃取，就一定会被发现。

当时钻研了一个月，觉得这方案成熟后了，潘建伟便向小组报告了自己的设想。

岂料报告结束后，全组人竟无一人应答。

正当潘建伟诧异之时，导师塞林格过了好半天才为他解开了疑惑：

“潘，你不知道这就是量子态隐形传输的理论方案吗？另外一个小组就正在准备这个实验！”

潘建伟确实不知道。

但这也正中其下怀，很快他便主动请缨加入该实验组。

而这一请求，也悄然改变了潘建伟今后的命运。

目前被引用次数为4916

一年后的1997年，该小组便在Nature上发表了一篇题为《实验量子隐形传态》（Experimental quantum teleportation）的论文。

当时，27岁的潘建伟正是第二作者。

随后，他与同事又先后在国际上首次完成了量子纠缠交换，三光子、四光子纠缠及其非定域性检验，量子纠缠纯化等重要实验。

在国外耕耘多年，潘建伟也觉得差不多该回国实现当初的设想了。

但刚博士毕业的潘建伟也明白，想要在中国将这颗量子的种子埋下实属不易。

那时，国内的量子信息研究依然是一张白纸，不仅少有人懂，有时候还会被认为是“伪科学”。

每次他提到此设想，别人总是要问他“这个东西国外有没在搞？”“到底靠谱不靠谱？”

在这种情况下，想要申请到国内科研经费自然难于上青天。

不过天无绝人之路。

原来他在1997年在Nature上发表的论文，恰好在1999年被评为“百年物理学21篇经典论文”。

这个实验，也被公认为量子信息实验领域的开山之作。

值得一提的是，与该成就并列的还包括伦琴发现X射线、爱因斯坦建立相对论、沃森和克里克发现DNA双螺旋结构等。

这阵容强大得惊人。

潘建伟也以这种特殊的方式，向自己素未谋面的“导师”爱因斯坦致敬。

很快，这个消息就传到了国内，潘建伟的名字也一炮而红。

时来运转，他提交的科研项目，也终于获得了支持。

拿着700万资金，潘建伟便开始在母校中科大着手组建实验室。

然而在这种情况下，质疑声依然挥之不去。

有人甚至说他是“假回国、真骗钱”。

对于如此诛心的质疑，潘建伟并没有呈口舌之快。

他能够做的，只有埋头干，尽快拿出成绩。

毕竟做出科研成果，才是对抗这众多质疑声的最有力反击。

果然，在不到一年的时间，他的研究组就在世界权威杂志《物理评论快报》上发表了7篇论文。

而当时国内高校，在该杂志上一年也发不了几篇。

其实，当时国内量子信息领域的研究水平和人才储备都是很薄弱的。

想要实现实验室的从无到有，还需要一番积淀。

而为了不与世界脱节，潘建伟也过上了“候鸟”般的生活，国内外两头跑。

到2009年，完成了技术和人才的积累后，潘建伟才决定“是时候彻底搬家了”。

辞去国外的职位后，潘建伟便将国外的实验室整个迁回了中科大。

“搬家的清单足足列了120页，大到激光器，小到12毫米的镜片，全部搬回国了。”

而当初由潘建伟“量身定制”送往海外顶尖实验室的年轻人，也在他的预期内陆续回国，组成了现在的“潘之队”。

潘建伟领衔的量子科学研究团队

而行至今日，潘建伟团队也在成长过程中收获一系列惊艳的成功，屡创世界第一。

首次实现五光子纠缠和终端开放的量子态隐形传输；

首次实现16公里自由空间量子态隐形传输；

首次实验实现了八光子薛定谔猫态；

利用八光子纠缠，首次实验实现了拓扑量子纠错；

首次实验实现了百公里量级的自由空间量子隐形传态和纠缠分发；

首次实现多自由度量子隐形传态，这也被英国物理学会（Physics World）评为“2015年度十大物理学突破”......

但在这诸多成就中，最让潘建伟自豪的，当然还是2016年全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”。

这也标志着世界首次实现了卫星和地面之间的量子通信。

而在这之前，没有任何可以借鉴的成功经验。

从过去模仿，到现在独创，这世界第一颗量子卫星的发射，给了我国科学家极大的自信。

Science封面上的“墨子”号

到2017年8月10日，“墨子号”也宣布完成了三大科学实验任务：量子纠缠分发、量子密钥分发、量子隐形传态。

随后，它将与“京沪干线”一同构建起我国天地一体化广域量子通信网络。

这也意味着，将来我国国防、政务、金融、商业等领域，信息都将得到绝对的保密与安全。

2017年潘建伟被评为《NATURE》年度十大科学人物

其实随着量子通信技术逐步走向实用化，国际上，信息安全领域的竞争也将日益激烈。

从U盘有“后门”，到“斯诺登”事件，再到大家以为很安全的海底光缆都可以通过潜艇窃听。

无论个人隐私，还是国家安全，这些信息泄漏的严重后果，大家也有目共睹。

现在有报道的全球范围内，因为个人隐私泄露所造成的经济损失，已经达上千亿美元。

而量子通信，正是当前被证明无条件、“绝对”安全的通信手段。

可以毫不夸张地说，在未来没有量子通信的国家，其信息安全在别国看起来就等同于透明。

而没有信息安全，也就意味着没有国家安全。

在过去传统的信息安全领域，中国一直落后于他国。

但自从“潘之队”成立后，我国至少在全球量子通信领域成为了领头羊。

在国际形势严峻的当下，各国纷争不断。

中美贸易战争打响后，便不断持续升级。

而中兴事件也仿佛给了中国当头一喝，让人感触良多。

人民日报评论道：只有把核心技术掌握在自己的手中，才能真正掌握竞争和发展的主动权。

所以在未来，我们仍需要，稳步保持这领先地步。

2018年3月，在全国两会期间，潘建伟也表示：

“期盼在我有生之年，能亲眼看见以量子计算为终端、以量子通信为安全保障的量子互联网的诞生。”

量子力学最大的神秘之一，就是测量的本质谁也不知道。

就像薛定谔的猫，你没打开箱子之前，永远不知道猫的状态。

科学最大的魅力，就在于一切皆有可能，而中国的未来更是如此。

*参考资料

陈宇翱.担心信息泄露？你可能要多学点量子物理学.墨子沙龙.2017

潘建伟院士通俗解释“量子通信”.中国科普博览.2016.09.21

谢飞君.潘建伟：让中国量子科学从追随者变超越者.中国高新科技.2017

包松娅.解读潘建伟的“量子人生”.人民政协报.2014.12.16