品味科學演繹激揚人生

郭光燦，1942年生于福建惠安，現為中國科技大學物理系教授、博士生導師、中國科學院量子信息重點實驗室主任、中國光學學會副理事長、中國物理學會常務理事、全國量子光學專業委員會主任、科技部973項目“量子通信與量子信息技術”首席科學家、中科院重要方向項目首席科學家，國家基金委創新群體學術帶頭人。1981年～1983年，在加拿大多倫多做訪問學者；1997年提出量子避錯編碼原理；1998年提出概率量子克隆原理，并研制成功量子概率和普適克隆機；2000年提出新型量子處理器，2002年獲得中科院自然科學二等獎；2003年獲得國家自然科學二等獎和何梁何利獎，當選為中科院院士；2005年被聘為北京大學物理學院兼職教授；2009年當選第三世界科學院院士。

他，是鐵桿武俠迷，看遍金庸的每一本武俠小說；

他，是地道閩南人，鐘愛那一曲《愛拼才會贏》；

他，是曾經貧困的漁家子弟，能吃上一餐煮地瓜就已經很滿足；

他，是今天譽滿學界的中國科學院院士，成就等身卻依然奮力前行。

他就是郭光燦，一個古稀之年依然求新、求變的執著科學家。他在科學的道路上細細品味，演繹了一段激揚的科研人生。

癡迷量子，不可自拔

按照郭光燦所說，他研究量子技術“純粹是興趣愛好和跟著感覺走”，他也不知道未來會發展成什么樣兒，只是直覺告訴他，這個方向一定能挖掘出許多新的技術。也許正是這種好奇心的驅使，郭光燦大膽地將研究從無線電轉向了物理學領域，這一轉便與量子結下了不解之緣，一發而不可收。

其實最初郭光燦研究的是激光，1974年他與同事一起成功研制出了國內第一臺氮分子和染料激光器，并奪得當時的全國科學大會獎勵，研究道路一片平坦。但在上世紀80年代初，他開始迷上量子，毫不猶豫放棄了小有成就的氣體激光器研究，進而轉戰研究量子光學理論。1981年左右，郭光燦出國訪問學習，他發現在國內仍然處于空白的量子光學，在國外已經發展了近20年，而且各方面研究已經做得風生水起。可郭光燦仍然不死心，“不管這個領域在國內多落后，我依然堅持做下去，還要做出成績來。”

1983年，郭光燦回國，為了迎頭趕上落后20年的差距，他花費大量時間和精力自學量子理論，甚至跑去蹭一些量子場論這樣的理論物理基礎課，工作學習到深夜更是家常便飯。那時受到“文革”的影響，國內學術環境不是太好，郭光燦依靠少量經費，奔波全國各地宣講量子研究的重要性，立志要培養出一批中國的量子科學技術研究人才。

經過整整10年的蓄積，郭光燦不僅為國家培養了一大批研究生，也讓世界量子光學理論研究的舞臺聽到了來自中國的聲音。如今國內從事量子光學及相關領域研究的人才大多受到他的啟蒙。回憶這段激情歲月，郭光燦依然記憶猶新，難以忘懷，他說這才是真真切切的十年磨一劍。

轉戰量子信息，成為領頭羊

上世紀90年代初，郭光燦再次從量子光學轉戰量子信息技術，這一轉使他成為我國量子信息領域最有成就的科學家和領頭羊。

郭光燦說，不論是現在的計算機還是通信技術，到一定極限可能就沒辦法再發展下去，要突破就必須運用新原理，而把量子理論與信息技術結合，能夠實現許多現在信息技術無法實現的功能。比如量子密碼學理論上能保證通信的絕對安全，這是經典密碼學做不到的。再如目前備受關注的量子計算機，一旦生產出來，將使人類文明大踏步發展。“如果量子技術能夠得到充分挖掘，一定會大大改善人類社會的生產力。”

盡管如此，郭光燦最初研究量子信息技術卻坐了近十年的冷板凳。當時國際上剛剛興起量子信息技術研究，國內尚無人對該領域的發展有所認識，自然也沒人關注。早期，郭光燦的工作幾乎沒有得到過重視，更別說申請大的項目支持。為此，他帶著研究生做了許多宣傳工作。“我們在相關物理學雜志上發表大量介紹量子信息的科普性文章，得到了許多高校的響應。我還利用香山會議宣傳量子信息技術，慢慢的國內學術界開始了解量子信息的重要性，但要得到重視，道路仍然漫長。”

那幾年郭光燦孤軍奮戰，常常有種“獨守空房”的落寞和心酸，但即使要借錢買設備，他也堅持做研究。申請項目失敗一次就再來一次，屢戰屢敗，屢敗屢戰。2001年，量子通信和量子信息技術終于得到國家重視，在科技部973計劃中正式立項，郭光燦當之無愧成為項目首席科學家。他發動國內多家單位組成課題組，利用原有的量子光學研究基礎，獲得量子避錯編碼方面的一系列成果，又首先在國際上提出了量子概率克隆的方法，被國際學術界稱為“段—郭界限”。

2001年在中國科學院的支持下，由郭光燦領導的量子信息重點實驗室成立，除了承擔量子信息的理論研究之外，實驗室還確定了量子密碼與量子器件、冷原子物理、低維光學體系、量子輸運與量子計算、表面等離子體與量子傳輸、介質微腔等多個研究方向。由于在中國量子信息研究中作出重要貢獻，郭光燦2003當選為中國科學院信息科學學部院士。

2004年底，郭光燦先于其他國家，首次解決了量子密鑰分配過程的穩定性問題，經由實際通信光路實現了125公里單向量子密鑰分配，成為當時國際上公開報道的最長距離的使用光纖量子密碼系統。2007年在北京實際光纖網絡上實現第一個全通型的量子密鑰分配網絡；2009年在蕪湖市實現世界上第一個量子政務網。據郭光燦介紹，量子密鑰是保障通信安全的終極技術手段，它提供了一種不可竊聽、不可破譯的新一代密碼技術，任何竊聽者在信息傳輸過程中截取或測量，都會改變量子密鑰的狀態，從而被及時發現。

有專家預測，量子通信技術可能在未來20至30年后，對人類社會發展產生難以估量的影響。目前，美國、日本、中國以及歐洲多個國家都在積極研究量子信息傳輸技術，量子通信必將會成為今后世界各國競爭的焦點。而郭光燦和他的團隊也已經規劃好了“十二五”期間的發展。

他表示：“量子密碼我們已經研究了十幾年，下一步是要實現應用，爭取將國內密碼技術提高到量子密碼技術水平。針對固態量子計算機最核心的量子芯片，我們嘗試用半導體芯片做量子芯片。此外，我們打算運用所研制的迄今世界上最高水平的八光子糾纏源和固態量子存儲器研制量子糾纏網絡，實現分布量子計算等新信息功能。”

郭光燦的每一次選擇，就是一次創新和超越，且都獲得了成功。這一次他用執著和堅持點燃了我國量子信息的火焰，推進了國內量子信息研究的發展。

挑戰量子計算機，力爭搶占制高點

如今，已是古稀之年的郭光燦，又向更高難度的量子計算機發起了挑戰。他說：“量子計算機是整個量子信息領域最重要、最主流的方向，誰先研制出來，誰就在戰略上占有制高點。我希望還能發揮余熱，為國內量子計算機的研究貢獻一己之力。”

據郭光燦介紹，美國政府曾說過，美國想要保持世界領袖地位，就要高度重視量子信息技術的發展，其主要指的就是量子計算機技術。為此，美國政府于2009年啟動了“微型曼哈頓計劃”，集中精力發展量子計算機。

量子計算機之所以得到如此重視，主要有兩方面原因。一方面，目前常規電子計算機的發展已經接近其物理極限，必須要有新的計算機代替；另一方面，量子計算機除了體積小之外，處理數據也不像常規計算機那種串行運算模式，而是運用并行運算，大大提高運算速度。

有專家曾指出，分解一個有400個數字的合數，用最快的超級計算機也得需要幾百萬年時間，而量子計算機只需一年左右。量子計算機將為人類提供一種強大無比的計算工具。

但郭光燦表示，要制造出這樣一臺功能強大的量子計算機，難度非常大。“量子計算機是靠量子物理原理來實現并行運算的，但目前科學界對量子理論的把握還面臨著許多未知困難，對微觀量子態的控制一直沒有找到更加有效的辦法，特別是還未找到可集成、可擴展、可容錯的材料來實現這種量子計算。這項研究實質上是對人類操控量子世界能力的極大挑戰。”

不過，即使困難重重，郭光燦依然充滿信心。他說：“從前覺得研制出一臺量子計算機，是件相當遙遠的事情，但現在看來，量子計算機的研究已經初見端倪，最新的研究進展使人們看到了曙光。只要國家趕快部署，把量子計算機，尤其是量子芯片作為重點，給予大力支持，我們還來得及先發制人，甚至可能搶先做出成果。”

要想量子計算機的研制獲得成功，我們不能再重蹈沒有核“芯”技術的覆轍。為此，郭光燦及其團隊已經鎖定了固態量子計算機最核心的量子芯片研究，初步確定了利用半導體芯片制作量子芯片的思路。郭光燦透露：“這項研究非常艱苦，國際上沒有幾家能做，如果這條路走得通，我們就能在較快時間內做出量子計算機。”

我國《中長期科技發展綱要》已將量子調控列入重大基礎研究計劃，這有力推動了量子信息的發展。但郭光燦也指出：“我國基礎和研究累積都比較薄弱，在國際主流方向上作出原創性的成果還很少，特別是在量子計算機這個學科的主流方向上，面臨著嚴峻的挑戰。因此在保持量子調控重大專項的基礎上，我國迫切需要有自己的‘微型曼哈頓計劃’。”

郭光燦建議，相關部門應組織國內精銳研究隊伍，提供足夠強大的優勢，集中火力沖擊量子計算機研究。同時，由于量子計算機的研究面臨著難以想象的困難，可能會出現很長時間都無法突破的狀況，所以對科研人員來說，要耐得住寂寞，先老實做好基礎積累，再靜下心來攀登高峰。

郭光燦把更多的期望寄托在了年輕人的身上，他說：“未來我國量子信息技術會發展到什么程度，完全取決于現在這一代人的水平和激情。量子信息技術研究不像其他領域容易出成果，所以年輕人一定要有激情，要全情投入，也一定要堅信你們的選擇，把它作為終身事業。我希望可以看到更多的人參與我國量子信息技術的研究。”

不斷超越，品味“挖寶”樂趣

郭光燦是地道的閩南人，出生在福建一個普通漁民家庭，從小在海邊長大，見慣了驚濤駭浪。也許正是因為這樣，他才更懂得拼搏對于人生的意義。

幾十年如一日的繁忙，郭光燦難有休息時間。他感謝這些年家人給了他最大的理解和支持，讓他可以心無顧慮、全力以赴做科研。

他自嘲比起那些成天到晚扎在科研里的同僚，他算是比較正常的，因為他的生活還算豐富多彩。忙里偷閑的時候，他喜歡看書，《道德經》、《周易》、《逍遙游》，他都看得津津有味。但似乎武俠小說才是最愛，他有點驕傲地說：“金庸的武俠小說，我一本不落地全部看完。”

他興致上來的時候，還會與友人切磋一下保齡球，打打羽毛球。他偏愛古典音樂，也鐘愛流行歌曲，百聽不厭的是那首《愛拼才會贏》。

“三分天注定，七分靠打拼，愛拼才會贏。”無論是科研工作還是日常生活，難免會遇到困難和不愉快的事情，這個時候郭光燦就會鼓勵自己，不要喪氣，要敢拼、敢闖。只要堅定信心，總會有長風破浪，“直掛云帆濟滄海”的一天。

有人說郭光燦的研究方向總在轉變，似乎有點“不專一”。但自從進入量子領域之后，至今他依然從一而終，再沒離開過量子領域的研究。之所以不斷涉足量子領域的諸多新方向，只是因為他想不斷挑戰自我、超越自我。最初他以量子光學為切入點，不斷做深做透，等到有了成果，引起了更多人的參與，使這一方向成為熱點之后，他又重新尋找新的潛在生長點，開辟新方向。他說：“這就像是在一個資源很豐富的礦區，挖出寶藏之后，許多人都涌來一起挖，這個時候我就會去尋找新的寶藏。”

近五十年的科研生涯中，郭光燦就像一個尋寶者，在量子領域中不斷探索、發掘寶藏，細細品味和享受著科學帶來的人生樂趣。