科技體制改革背景下一流高校實驗室的建立與發展以郭光燦實驗室為例

楊寧靖

實驗室在科研和教育中占有重要地位。我國實驗室的建設與發展相比國際較晚，從20世紀20年代北京大學、南京高等師范學校分別開設物理實驗室以來[1]，我國實驗室經歷了數量上從少到多，類型上逐漸豐富，管理體制上不斷完善的發展過程。改革開放之后，隨著國家經濟的復蘇，科研人員和科研組織獲得了更多發展的機會，一批優秀的科研工作者和科研實驗室嶄露頭角。其中一流高校的實驗室伴隨著國家科技體制改革的深度推進而崛起，逐漸占據我國科研機構的半壁江山。探析其中優秀實驗室的成長路徑并總結它們的成功之道，將能從中提取高校實驗室的建設經驗，從中窺探一流高校的成長經驗，為我國科研和教育的發展帶來新的思考。

本文討論以郭光燦(1)郭光燦(1942— )，中國科學技術大學教授，中國科學院量子信息重點實驗室主任，2003年當選為中國科學院院士。為領軍人物的實驗室(以下簡稱“郭光燦實驗室”)的發展歷程，它的發展經歷了中國科學技術大學(以下簡稱“中國科大”)物理系量子光學研究組(1983—1999)、中國科大量子通信與量子計算開放研究實驗室(1999—2001)、中國科學院(以下簡稱“中科院”)量子信息重點實驗室(2001至今)等三個階段。該實驗室在量子信息領域做出了一系列杰出成果，受到《自然·物理學》(NaturePhysics)等國際頂尖雜志的高度評價[2]，曾獲得國家自然科學二等獎(兩次)、中科院自然科學二等獎、教育部自然科學一等獎等獎項，并先后入圍2005和2011年國內十大科技新聞、2021年國內十大科技進展新聞等。在出成果的同時，它還出了眾多人才。迄今為止，實驗室已經培養出全國百篇優博獲獎者5人，基金委杰出青年基金獲得者9人，基金委優秀青年基金獲得者15人，堪稱我國本土人才培養的典范。然而，該實驗室初期的起點并不高，在相當長的時間內發展并不順暢，相關人員是如何披荊斬棘、開出一條大道來的？通過對該實驗室發展歷程的研究，我們也可以獲得一些有關高校實驗室建設的啟發。

一 走上“量子”研究之路

郭光燦實驗室的發展與郭光燦個人的學術成長經歷有很大關系。

1972年，隨著中國科大遷合肥后教學科研工作的逐漸恢復，郭光燦正式投入科研工作，其從事的“氮分子激光器的研制和應用”課題在1978年獲得全國科學大會獎。但這段艱難的研究經歷讓他意識到，國家科研經費投入不足會嚴重限制實驗研究的發展。他決定轉換方向，改做理論方面的研究。

經過調研，郭光燦發現，激光的經典和半經典理論已經趨于成熟，但國內學術界卻忽視了量子理論[3]。他認為用量子力學理論去研究光學現象應該會有新的發現，并在閱讀國外文獻的過程中逐漸肯定了量子光學研究的必要性。在此期間為做深入了解，郭光燦還翻譯了一本介紹量子光學中相干態的小冊子《相干態導論》[4]。但當時國內可接觸的國際資料很少，1981年，郭光燦通過考試爭取到前往加拿大多倫多大學訪學的機會。但是，由于該校并無量子光學研究領域的專門學者，郭光燦就主要利用該校的圖書館資源自主學習，并設法參加了量子光學方面的國際會議。兩年后，郭光燦訪學期滿回國，在中國科大物理系建立了我國首個研究量子光學的科研機構——量子光學研究組。

量子光學研究組建立時組內只有郭光燦一位科研人員，培養年輕人才成為一項緊迫的任務。1984年，他在中國科大開設了《量子光學》研究生課——這是國內高校首次開設這方面的課程。由于量子光學有理論性較強的特點，他先從基礎知識講起，再逐步引導學生學習前沿課題；同時注重培養學生分析和解決問題的能力，采用啟發式教學，經常提出引發學生開拓思維的問題，尤其注意剖析量子光學領域中重大實驗和現代學術思想出現的背景和深刻的物理意義，引導學生思考在學科發展中如何發揮創造能力[5]。起初教學使用的參考書是國際上的代表性著作，而隨著20世紀80年代眾多新的物理效應的發現，郭光燦在教學中又不斷加入包括他本人在內的國內外學者的研究成果和持續更新的發展動態，并且隨后正式出版了自己編寫的《量子光學》教材和翻譯的《相干態導論》。在這一時期，研究組先后指導了一些本科生、碩士生的學位論文，工作主要聚焦在量子光學中壓縮態光場、光子統計特性等基礎理論和與光子統計相關的光譜實驗研究上[6]。

郭光燦不僅關注自己團隊的科研和人才培養，還致力于在全國范圍內推廣該學科。他認為大范圍的通力合作有利于學科更好更快的發展，有利于整體拔高國家的科技水平。在研究組剛建立不久時，郭光燦想到通過舉辦全國性的學術會議，推廣量子光學學科。他從中國科大教務處申請到特批經費2000元，又求助于激光專業委員會，借助他們的會議平臺，于1984年在安徽滁縣召開了第一場全國量子光學會議，將全國從事量子光學研究的隊伍聚集了起來([7]， 頁132—133)。此后這項會議每兩年召開一次，一直持續到今天。在那之后，郭光燦又委托北京大學物理系的曹昌祺教授聯系了中國物理學會，并于1990年獲得同意在其下設立二級學會——量子光學專業委員會[8]。同時，郭光燦還克服困難，應邀前往山西大學、吉林大學等其他高校為研究生講授量子光學課程，他編撰的《量子光學》也被全國多所高校用來作為同名課程的教材或主要參考書，深受各高校教師和學生的歡迎。在這些工作的基礎上，全國范圍內有了一支逐漸壯大的量子光學研究隊伍。

然而隨著研究工作的深入開展，郭光燦逐漸認識到，量子光學的很多方面在應用上缺乏可操作性，并且在過去的時間里國內在這一領域的已有研究多是在追趕國際的腳步，而缺乏突破性、原創性成果的產出。考慮到當下量子光學研究組內簡陋的實驗條件和在已經落后幾十年的情況下去趕超國際的困難[9]，郭光燦又有了轉換研究方向的想法。

二 轉向量子信息領域

1989年底，郭光燦讀到一篇關于量子密碼的文章[10]，深受啟發(2)楊寧靖. 韓正甫教授訪談. 2021年3月8日. 合肥: 中國科學技術大學人文與社會科學學院當代中國科技史研究所.。在這篇文章中，貝奈特(Bennett)和布拉薩德(Brassard)首次提出量子密鑰分發方案——因為兩位作者的姓氏首字母都是“B”，此后學術界將該方案稱為“BB84協議”(3)此方案的相關論文雖在1989年正式發表，但早在1984年即已提出。。BB84協議的提出拉開了量子密碼學的序幕，也成為量子通信理論誕生的標志。郭光燦敏銳地認識到，這一學科方向正是他所尋找的那種新的突破口，將有可能成為自己趕超國際先進水平的契機。因為量子密碼所在的量子信息學科剛起步幾年，如果此時著手開展研究工作，將會近乎與國外的科研人員站在同一起跑線上。另一方面，信息一旦量子化，將顯示大量優于經典信息的性能，擁有可觀的應用前景。而量子信息與量子光學研究需要的基礎理論相同，方法相通，憑借團隊在量子光學領域打下的基礎，量子光學研究組確實能夠成為量子信息學科的生長點([7]， 頁160)。在經過一番對國外文獻的調研和對信息學科的學習之后，1990年，郭光燦帶領研究組以量子密碼為切入點，正式將科研重心轉到了量子信息領域。

20世紀90年代，繼量子密碼之后，量子計算、量子通信的研究也逐漸在國際上興起。郭光燦抓住了學科發展的關鍵時機，結合團隊的實際條件，帶領團隊成員逐步拓展研究方向，產出了影響國際的科研成果。

1994年，美國的彼得·肖(Peter Shor)提出了量子Shor算法[11]，指出量子計算機可以求解大數的質因子分解，并且進而可以攻破RSA 密鑰系統。這一算法的提出將量子計算機的相關研究推向了高潮。在量子光學研究組內，郭光燦安排博士研究生段路明等人做相關的理論研究工作。為解決橫亙在量子計算中的難題——量子消相干問題，段路明和郭光燦首次設計出量子避錯編碼方案[12]。這一成果于1997年發表，引起了國際轟動，量子避錯編碼原理成為當前國際上僅有的三種編碼原理之一。

與此同時，郭光燦團隊也在做著量子克隆的研究。在量子信息的基礎理論中，量子不可克隆定理[13]指出量子的不能被精確克隆的性質，這一性質使得量子信息的提取受到阻礙，因此學界開始研究對量子的非精確克隆[14，15]。段路明和郭光燦將幺正演化和量子測量結合起來，率先提出了“量子概率克隆原理”，即在一定的概率下可以克隆出保真度為1的量子態[16]。這項成果在1998年公布后被學術界評價為“最激動人心的新進展”[17]。而在此基礎上制作出來的量子概率克隆機被另稱為“段-郭克隆機”，其最大克隆效率被稱為“段-郭界限”。

在量子通信方面，量子信息處理器作為量子通信和量子計算的重要器件，它的制備同樣需要克服消相干問題。2000年，郭光燦實驗室博士研究生鄭仕標和郭光燦提出的基于腔量子電動力學(QED)的量子信息處理器新方案[18]獲得發表，這一方案能夠有效克服消相干影響。隨后法國巴黎高師學者塞爾日·哈羅徹(Serge Haroche，1944— )(4)2012年，塞爾日·哈羅徹獲得諾貝爾物理學獎。在實驗上證明了這項方案的正確性[19]。2008年，這篇論文入選近十年內全國前十的高影響力國際論文之一，成為量子信息這一新興領域唯一進入全國前十位的高影響力國際論文(5)鄭仕標. 福州大學人事處. https://rsc.fzu.edu.cn/info/1046/1839.htm.。

這三項理論研究成果都發表在國際物理學頂級期刊《物理評論快報》(PhysicalReviewLetters，PRL)上，將實驗室的理論研究推向了高潮，但它們的實驗驗證卻都是由國外學者首次實現的。這是因為在量子光學研究組在成立之后的十幾年內，科研條件都十分有限。首先在1986年國家自然科學基金委員會成立之后的若干年內，由于科學基金的支持力度并不足以解決整體科研長期以來經費短缺的困境[20]，量子光學研究組在當時只能拿到平均下來每年三萬元左右的幾個國家自然科學基金項目(6)座座山峰連成高原——記中國科大創新研究群體. 科大-歷史文化網. http://lswhw.ustc.edu.cn/index.php/index/info/319.。而郭光燦關注的“量子”在長時間內不為國內主流科學家群體認可，尤其是在轉向量子信息研究之后，多數人認為經典的信息理論都未研究清楚談何量子理論，甚至還有人認為郭光燦是在研究偽科學。因此郭光燦在項目申請方面屢屢受挫，研究組的科研經費長時間短缺，工作場地也只有物理樓內的一間房間，學生們多數時候都是在宿舍或圖書館學習，因為研究組內僅有的一臺計算機和幾副桌椅只能供他們“按需使用”(7)楊寧靖. 張永生副教授訪談. 2021年4月2日. 合肥: 中國科學技術大學人文與社會科學學院當代中國科技史研究所.。在這樣的條件下，團隊在理論研究方向持續探索，而實驗研究方向的拓展舉步維艱。

1997年，借助中國科大非線性科學聯合研究中心的平臺(8)1997—2001年，郭光燦擔任中國科大非線性科學聯合研究中心的副主任。，郭光燦在學校老圖書館申請到一間房間用于做實驗。中國科大一直以來給予了科研人員較多的學術自由和力所能及的支持。郭光燦從原先的激光領域先后轉到量子光學和量子信息領域，即便受到很多質疑，學校也充分尊重他的科學判斷和選擇，并在經費和場地都有限的情況下盡可能地為他提供幫助。1998年，郭光燦組織學生在老圖書館搭建了第一個實驗平臺——量子光學實驗平臺(9)楊寧靖. 史保森教授訪談. 2021年5月28日. 合肥: 中國科學技術大學人文與社會科學學院當代中國科技史研究所.，他們對照國外文獻中提及的理論方法，開展一些普適量子克隆、貝爾不等式的驗證等基礎性實驗研究。由于缺乏經驗，實驗室成員在實驗操作時謹小慎微，做一個實驗往往需要花費很長的時間和精力(10)楊寧靖. 李傳鋒教授訪談. 2021年8月5日. 合肥: 中國科學技術大學人文與社會科學學院當代中國科技史研究所.。

為了獲取更多支持以及推動學科更好地發展，郭光燦帶領研究組開始了第二次學科推廣工作。相比量子光學來說，量子信息的推廣顯然更為困難：一是量子信息學科的研究在國內缺少研究同行，包括一些后來在量子信息領域做出貢獻的科研工作者在當時都對這一學科持有懷疑態度；二是由于學科處于起步階段，一些理論仍在完善的過程中，因此相關課程開設較晚。在量子光學研究組，1998年，段路明留校任教之后，使用國外剛出版的講義在中國科大開始了量子信息課程的教學工作(11)楊寧靖. 周正威教授訪談. 2021年5月21日. 合肥: 中國科學技術大學人文與社會科學學院當代中國科技史研究所.。郭光燦積極開設和參加量子信息相關講座，在中國科大校內，一眾學子在郭光燦的講座上對量子信息學科產生興趣，并陸續走進了量子光學研究組。同時郭光燦和實驗室成員共同撰寫科普性的文章，他們在《物理》雜志一連發表了五篇綜述性的文章，向公眾介紹量子信息領域的一系列基本概念，并在隨后被收錄進該雜志的“量子信息講座”專欄。此外，依照之前舉辦全國量子光學會議的經驗，郭光燦計劃組織以量子信息為主題的全國性會議，并在隨后瞄準了香山科學會議的契機。

為順利召開這場會議，郭光燦寫信邀請素未謀面的錢學森先生擔任會議主席，1998年3月，他在給這位著名科學家的信中介紹了量子信息研究的必要性，提出自己的想法——要像當初搞“兩彈一星”一樣組織起國內最厲害的隊伍，集中火力研究量子信息，并誠摯地邀請錢學森出席這場香山科學會議。錢學森很快回信表示同意他的想法并給出了建議，但是因為身體原因錢學森婉拒了邀請。恰逢光學界泰斗王大珩先生來中國科大訪問，郭光燦拜訪了他，并成功邀請到他擔任會議主席。1998年6月，第一場量子信息的香山會議成功召開，郭光燦憑借自己在會議上的出色報告又獲邀參加同年9月舉辦的香山會議五周年紀念會(12)熊衛民, 楊寧靖. 郭光燦院士訪談. 2021年12月15日. 合肥: 中國科學技術大學人文與社會科學學院當代中國科技史研究所.。通過這兩場香山會議，郭光燦和其研究的量子信息科學在科學家群體和科研領導層群體中有了較高知名度。

同年，中科院啟動了“知識創新工程”，在國內率先開始了科研院所結構調整的試點工作，也拉開了科技體制改革第三篇章的序幕[21]。郭光燦在一年內三次向中科院領導層人員寫信，介紹量子信息學科和自己的研究內容并申請經費支持，為實驗室的發展迎來了轉機。

三 新時期的機遇與挑戰

1998年，郭光燦向中科院領導寫信，申請將自己的團隊納入中科院針對“知識創新工程”建設的北京信息科學技術研究發展基地中給予支持。中科院決定在中國科大建立開放實驗室，給予穩定支持(13)1985年起，中國科學院開始在全國建設開放實驗室。截至1998年，中國科學技術大學已經先后建成結構分析研究、認知科學、內耗與固體缺陷、選鍵化學、結構生物學等5個中國科學院開放實驗室。。1999年2月5日，中國科大量子信息開放實驗室(后改名為中國科大量子通信與量子計算開放研究實驗室)成立[22]，同年實驗室受中科院邀請破格參與了中科院開放實驗室和所級重點實驗室的評估工作，最終獲得信息領域第一名的成績，順利進入“知識創新工程”。2001年，實驗室被正式批準為中科院重點實驗室，并于2005年改名為“中國科學院量子信息重點實驗室”(以下簡稱“量子信息實驗室”)[23]，成為我國量子信息領域第一個省部級重點實驗室。此后團隊依托中科院和中國科大兩個平臺，獲得了越來越多的支持。

首先獲得了更多經費支持。1999年，實驗室在進入“知識創新工程”的同時獲得了350萬元的經費，郭光燦計劃已久的量子密碼實驗終于可以開展。第二年，實驗室早年的畢業生韓正甫訪學回國后進入實驗室任職，在物理樓申請到一間因教師退休空出來的房間，在這筆經費的支持下搭建了量子密碼實驗平臺。隨后在2001年建立了國內首個光纖量子密鑰傳輸線路，2004年又發明了“法拉第——邁克爾遜”干涉儀結構[24]，并實現從北京(望京)經河北香河到天津(寶坻)的125公里光纖量子密鑰分配，進一步刷新了單向量子密鑰傳輸距離的國際紀錄，解決了穩定性和安全性的國際難題，使我國量子保密通信向國家信息安全應用邁出了關鍵一步(14)中國科大兩項科研成果入選2005年國內十大科技新聞. 中國科學技術大學官網, 2013- 07- 12. http://qybx.ustc.edu.cn/2005/1228/c20980a440462/pagem.htm.。

其次獲得了更多場地。由于實驗場地的不足，直到2004年實驗室只有量子光學和量子密碼兩個實驗平臺。經過郭光燦多次和校領導交涉，實驗室于2005年申請到了學校打算閑置的器材室所在的三層小樓，并在同年4月搬了過去，之后實驗室購入了大量實驗設備，新增了原子系綜、量子點、介質微腔、表面等離子體等多個實驗平臺，在這些平臺的基礎上，實驗室逐漸拓展了實驗方向，開始小具規模。在中科院的經費支持下，學校開始為實驗室建造一棟新的“科研樓”。2007年1月，科研樓裝修完畢，實驗室整體搬了過去，場地得到了大幅度擴增。與此同時，實驗室也面臨著新的挑戰，即作為一個以理論見長的研究團隊，怎樣在實驗中、尤其是這樣一個新興學科的實驗中去克服技術難題。為此實驗室積極學習國外先進技術，并在2004年申請到中科院“創新團隊國際合作伙伴計劃”(15)該計劃由中科院在2001年啟動，用于支持國家實驗室和院重點實驗室與國內外知名科學家展開的合作研究。，以此為開端展開了與國際學者的長期合作。尤其通過與幾位國際著名大學華人學者的合作，實驗室的半導體量子芯片等幾個實驗研究方向得以從無到有地起步，又在之后往縱深發展。

實驗室也為帶動該學科在全國發展發揮了作用。2000年，郭光燦在歷經三次失敗之后，成功申請到量子信息領域的第一個“973計劃”(16)1997年6月，國家科委會同有關部門制定了《國家重點基礎研究發展規劃》(973計劃)，當年年底即開始組織項目申報。項目“量子通信與量子信息技術”，并擔任首席科學家。項目于2001年正式獲批后，他沒有立即動手研究，而是放眼于全國，尋找國內有可能開展這一項目研究的單位。在世紀之交國際形成量子信息研究熱潮之際，我國各研究單位也已經陸續涉足該領域，郭光燦最終邀請了全國研究所和大學中17個單位的50多名研究人員共同參與項目研究。吳令安、彭堃墀、謝常德、王育竹等郭光燦的老朋友們以及量子信息領域的新秀潘建偉和杜江峰等人都被邀請加入到項目中來[25]。2006年9月項目驗收時，不僅產出一批先進的研究成果，而且催生了一支具有開拓創新能力、在國際競爭中占據了一席之地的研究隊伍。可以說，這一項目的實施成為中國量子信息科學發展的重要轉折點和走上國際的決勝手段。而項目組的多位成員后來在相關領域都做出了重要的研究工作，有9位項目組的年輕學術骨干后來作為首席科學家承擔了科技部“973”項目，4位課題組長：郭光燦、彭堃墀、孫昌璞、潘建偉和1位學術骨干杜江峰，更在隨后因量子信息的相關研究先后獲得國家自然科學獎，并被評為中科院院士[26]，其中郭光燦和彭堃墀于2003年在該項目的實施期間獲評，這一項目的深遠影響可見一斑。

隨著國內量子信息學科的逐漸興起，國家科技政策也給予了這一學科適當的傾斜。2002年，在“973計劃”項目的實施期間，量子信息實驗室被國家基金委批準為“創新研究群體”(17)2000年，支持高水平科研團隊的創新研究群體科學基金成立。，成為我國第一個量子信息領域的創新群體。同年，郭光燦受邀作為專家起草了“量子調控”基礎研究專項。四年后，隨著“973計劃”項目的順利結項，不僅量子信息實驗室獲得了第二期創新群體的支持，而且“量子調控”作為“國家中長期科技發展規劃”四個重大基礎研究計劃之一開始實施。

隨著經濟水平的提高，國家也加大了對科研的總體投入。在獲得科技政策和科研經費更多支持的形勢下，郭光燦實驗室積極申請科技部、基金委、中科院、安徽省等多個單位的項目。從實驗室年度在研項目數目(圖1)可以看出，2001—2020年期間，尤其是2006年之后，實驗室的年度在研項目數量實現了快速增長，平均每3年就能實現20個左右項目的增長。(18)數據根據《中國科學技術大學理學院年報》《中國科學技術大學物理學院年報》《中國科學院量子信息重點實驗室年報》整理。

圖1. 量子信息實驗室年度在研項目數目②

而在實驗室內部，隨著研究的深入和實驗室教員數目的增多，如何布局科研方向、如何建設實驗室團隊并在科研中發揮團隊的最大功效，成為了需要解決的新問題。

四 科研團隊的快速發展

郭光燦實驗室的理論研究在1999年建立校級實驗室時已經涉及了量子密碼、量子通信、量子計算、量子信息基礎理論等量子信息的四個主要方向。實驗上，隨著2005年以后場地的兩次擴增，郭光燦帶領實驗室成員在實驗研究方向上開啟了全方位布局。第一批留下任教的畢業生也在2005年之后陸續成為學術帶頭人，在各自的方向上發揮帶頭作用，并且能夠根據自己的判斷找到新的研究方向，逐漸展現出獨當一面的氣勢。

在量子密碼領域，韓正甫帶領團隊實現了量子密鑰的點對點分發后，開始投入到量子密鑰分發網絡的研究工作中，做出了持續性實驗成果，并推動我國量子保密通信技術進入應用軌道(19)中國科大在蕪湖建成世界上首個量子政務網. 中國科學技術大學官網, 2013- 07- 02. http://qybx.ustc.edu.cn/2009/0513/c8753a104126/pagem.htm.和實現產業化。隨著分支方向的增多和人員規模的擴大，量子密碼研究組逐漸成長為量子密碼研究室。

在量子通信領域，2005年以后，李傳鋒帶領的研究組開始以構建長程的全量子糾纏網絡為目標，展開在參量光、量子點、量子中繼、量子存儲器等方面的研究，并建立了量子糾纏網絡研究室。2006年，史保森訪學回國后開始從事量子模擬技術中最具優勢的冷原子系統的研究，并在此基礎上建立了多模量子存儲研究室。

在量子計算領域，運用量子光學系統開展的光學實驗是研制通用量子計算機的一條路徑；2006年，郭光燦和博士畢業生郭國平開始開展另一條路徑——固態器件的研究，并以量子點為切入點建立了半導體量子芯片加工平臺[27]，隨后在此基礎上建立了半導體量子芯片研究室。2009年，孫方穩回國后接手了固態微腔研究方向，開始研究高品質固體微腔量子比特、光機械、表面等離子體數據總線等以及最終的光量子集成芯片，隨后建立了量子集成光學芯片研究室。

在量子信息基礎理論領域，在原有的理論研究組的基礎上，量子力學基礎理論研究室于2012年正式建立，由周正威擔任負責人。

2012年，實驗室在人事上劃分成了半導體量子計算、量子糾纏網絡、多模量子存儲、量子集成光學芯片、量子密碼、量子信息理論等六個研究室；在學術上，現有的五大研究單元，即半導體量子計算、量子糾纏網絡、量子集成光學芯片、實用化的量子密碼、量子信息基礎理論也初步形成，其中量子糾纏網絡研究室和多模量子存儲研究室共同隸屬于量子糾纏網絡研究單元(20)因多模量子存儲研究室規模較小且與量子糾纏網絡研究室的研究內容相近，郭光燦將其歸為量子糾纏網絡研究單元。。2015年，各研究單元下的研究方向已經基本涵蓋了量子信息理論和技術的各個主要方向，暫時不再往外拓展方向，而是致力于在已有領域深耕。完成科研布局的郭光燦實驗室進入國際一流梯隊，并且成為國際上在量子信息領域涉獵最廣的研究機構，在參量光、固態存儲、量子密碼等方向的研究達到了國際頂尖水平。截至2020年，實驗室累計擁有的實驗設備已經超過200臺，其中先后自制了原子頻率梳掃描設備、光束精準偏移設備、光束精密輸出及耦合、多功能固態量子存儲器、集成量子芯片精密測試平臺等實驗設備。運用這些實驗設備，實驗室不但能夠通過實驗驗證已有的理論成果和獲得新的理論成果，而且做出了一系列原創性的技術成果。(21)數據根據《中國科學技術大學理學院年報》《中國科學技術大學物理學院年報》《中國科學院量子信息重點實驗室年報》整理。

圖2. 量子信息實驗室年度PRL期刊論文發表數目(2001—2020)②>

從論文發表情況來看，截至2020年，實驗室已經在國際頂尖雜志《自然》(Nature)及其子刊上累計發文42篇，在PRL上的年度發文量(圖2)自2015年突破10篇之后，2020年又達到新高21篇，這兩次爆發式增長與科研平臺的建設完善和國家在量子信息方面的大力投入有所關聯，但主要歸功于實驗室團隊科研工作積累到一定程度產生的質變。

在實驗室內，六個研究室形成了六支互相獨立的團隊。各研究室具備一定的獨立性，其下劃分為若干研究組，但整體上服從實驗室主任的管理。實驗室主任是團隊的核心人物，學術帶頭人則是研究室的核心人物。實驗室副主任由郭光燦結合民主推薦從學術帶頭人中挑選出來，負責輔佐實驗室主任做一些針對整個實驗室的管理工作。

另外，實驗室設有辦公室作為行政部門。最早在量子光學研究組成立時就有學術秘書幫助郭光燦處理財務報銷等事務，在1999年建立校級實驗室時成立了這一專業部門，成員由學術秘書、實驗員和財務人員組成，主要負責日常的文書、儀器購買和財務等方面的工作，幫助教員分擔很多非學術的任務，使得教員有更多的時間去從事自己的本職工作(22)熊衛民, 楊寧靖. 郭光燦院士訪談. 2021年12月15日. 合肥: 中國科學技術大學人文與社會科學學院當代中國科技史研究所.。

實驗室的組織結構見圖3。實驗室主任、副主任、學術帶頭人、研究組長依次具有不同程度的管理權，主要包括人事權和財務權。辦公室作為實驗室內部的行政部門，也是實驗室與外界聯系的紐帶，主要行使服務功能，不具備管理權。

圖3. 量子信息實驗室組織結構圖

在這種組織結構下，實驗室內部能夠較好地發揮團隊優勢。在面對大型項目時，由多位學術帶頭人組成的團隊可以自主申請到大型項目而無需與外界合作；在項目的實施過程中，項目組成員由于出自同一實驗室，擁有一致的科研目標，有助于項目的高效實施。學術帶頭人和研究組長在各自的團隊中能夠充分發揮自己的才能。各個團隊之間既獨立分工，又可以根據需要隨時進行交流與合作，甚至可以引進其他研究室的人才和技術。

而在人才方面，實驗室延續了早年在人才培養中的努力實踐。量子信息實驗室的科研人員多有教學任務，并且他們注重打磨課程，一些教員在訪學回來后善于運用國際上的新理論和新方法豐富課程內容，將一些先進的教學理念融入到教學當中，并結合本校學生特點在連年的教學實踐中進行課程的完善(23)楊寧靖. 周正威教授訪談. 2021年5月21日. 合肥: 中國科學技術大學人文與社會科學學院當代中國科技史研究所.，在此過程中教員的科研水平也得到提高。在培養過程中，教員們善于因材施教，并且以身作則帶動學生的科研熱情，鼓勵學生直面困難，在難題的解決過程中做出不同尋常的成果。郭光燦還在實驗室內部設立了獎金制度，激勵教員和學生認真投入科研工作。同時，實驗室注重營造純粹的學術氛圍。郭光燦提倡科研工作者將科研當做人生的追求，保持科研激情，在不斷發掘自身潛能的同時享受其中樂趣，而不是安于現狀，不思進取[28]，但也不能急功近利甚至弄虛作假[29]。在全國范圍內形成量子信息研究熱潮的同時，社會上出現了一些對這一科學夸大而不切實際的宣傳，郭光燦實驗室杜絕商業性宣傳，實驗室成員始終保持著實事求是的狀態，并延續著早年艱苦奮斗的精神，不以發表論文為主要科研目標，而是致力于做出對學科發展產生真正有影響力和有價值的成果。

從量子光學研究組建立以來，郭光燦實驗室在發展兩門新學科的同時培養出一批優秀的科研人才。這些優秀的畢業生中有一小部分進入到其他高校繼續從事科研工作，大部分人回到了郭光燦實驗室。這是因為實驗室在人才引進方面受到經費的限制，尤其在學科發展的起步階段完全通過自主培養人才壯大了教研隊伍；進入學科發展的新時期以來，實驗室的畢業生和國內量子信息領域的年輕人才數目逐漸增多，量子信息實驗室作為國內量子信息領域最出色的研究單位之一，同時身處國內一流高校中國科大，始終具備吸引優秀本土人才的實力。于是，以實驗室優秀畢業生為代表的群體在中國科大的教師選聘中脫穎而出，進入實驗室任教，隨后在實驗室內部形成了一脈相承的學術體系：截至2020年，實驗室的59位教職工中有53位都是實驗室的畢業生(24)數據來源于《中國科學院量子信息重點實驗室年報》。。這種體系不僅有利于團隊管理，而且少有利益紛爭，年輕的學者在這里大力施展才華的同時更容易找到集體歸屬感。同時實驗室鼓勵科研人員和學生出國訪學，每年選派一定比例的科研人員到國外學習考察，聘請了國外的學者來擔任客座教授，使得實驗室內部不斷有新理念融入，有效克服了同一師門下學術思想和科研方法的局限性。在這種科研模式和人才體系的優勢作用下，量子信息實驗室得以成功地申報和實施了“超級973計劃”項目、國家重點研發項目等大型項目，在產出優質成果的同時，實現實驗室團隊的快速發展。

五 經驗及啟示

隨著國內經濟水平的提高，從1985年開始的科技體制改革伴隨著高校實驗室的發展。總體看來，在改革的早期，科研經費支持力度不足，高校實驗室在科研尤其是發展新學科方面面臨很多困難，需要科研人員發揮主觀能動性去努力創造科研條件。而從20世紀90年代中期以來，“973計劃”、中科院“知識創新工程”的啟動和“百人計劃”“長江學者獎勵計劃”“國家杰出青年科學基金”“千人計劃”等人才項目的設立則為高校實驗室的發展提供了更多機會。一流高校的實驗室之所以能夠在我國科研發展和人才培養中發揮重要作用，一方面有賴于一流高校給予的平臺支持，另一方面其自身有著值得借鑒的發展經驗。郭光燦實驗室作為一流高校的實驗室，它自建立以來，在科研和人才培養兩方面做出了顯著成績，其成功的經驗可為高校實驗室建設帶來如下幾點啟示：

(1)實驗室主任做出正確領導

實驗室主任作為實驗室學術團隊的帶頭人，其科研和領導能力對實驗室起到關鍵作用。在郭光燦實驗室，郭光燦為這一團隊傾注了大量心血。作為一名杰出科學家，郭光燦既具有一流的科研水平、科學判斷力、戰略意識以及潛心科研的品質等內在的科學素養，又擁有科學家身份之外的突出的教育、管理能力和熱愛祖國、不畏艱難的優秀品質。這些綜合素質決定了他在從業五十多年間能夠鍥而不舍地做出戰略性決策和行動，對實驗室和學科的發展起到了舉足輕重的影響。

(2)合理選擇和布局科研方向

科研方向的確立需要結合國際國內學術發展態勢和所在實驗室的自身條件做深度思考，選擇前沿的科研方向意味著面臨更多機遇和挑戰。在20世紀八九十年代，郭光燦敏銳地追蹤和分析前沿信息，獨自做出了準確判斷，先后涉足量子光學和量子信息領域，這兩次研究方向的選擇是量子信息實驗室發展勢態良好的前提條件。隨著研究的深入，郭光燦和學術帶頭人又結合不斷更新的學科動態和實驗室的實際情況，繼續做出了后續分支方向的多次選擇，同時完成了對實驗室科研的整體和局部規劃，使得團隊的科研既橫向拓寬又縱深發展，形成了適合于自身的廣泛而嚴密的學術布局。

(3)推動形成合作共贏的局面

前沿科學技術由于學科的復雜性和技術的高要求，其發展需要通過合作攻堅克難。從量子光學研究組時期開始，郭光燦積極動員組織全國的力量去從事量子信息研究，并且幫助國內同行發展，成功助力了這一學科在全國范圍內的推廣；在量子信息形成研究熱潮的新時期，實驗室繼續致力于服務國家戰略需求，積極開展與國際、國內同行的合作，既促進了實驗室內部的科研工作，又共同推動了量子信息學科的快速發展。

(4)發動人才團隊力量

人才是推動高校實驗室快速發展的要素，也是國家經濟社會發展的第一資源(25)國家中長期人才發展規劃綱要(2010—2020年)發布. 中央政府網, 2010- 06- 06. http://www.gov.cn/jrzg/2010- 06/06/content_1621777.htm.。郭光燦實驗室注重人才培養，并形成了合理的人才團隊架構。首先，進入該實驗室的學生和教員都是通過選拔考試的能力出眾者。進入實驗室后，他們又在純粹的學術氛圍下接觸了良好的學科教學和科研訓練，并且在不同的崗位或研究方向上獨立分工，擁有充足的施展才能的空間。而實驗室培養出來的學生反過來壯大了教研隊伍，在一脈相承的學術體系下，團隊力量得到更好地發揮。

此外，國家科技政策和上級單位提供的支持也對高校實驗室的發展起到推動作用。長期以來，郭光燦實驗室爭取到了一系列競爭性計劃和項目，“量子調控”被納入“國家中長期科技發展規劃”，成為四個重大基礎研究計劃之一，令實驗室受惠于政策對量子信息研究的傾斜。中科院和中國科大作為上級單位，為實驗室提供了經費、場地的支持和較為自由的學術環境，使得量子信息這一曾經的“冷門”學科得以發展壯大，也使得實驗室內部能有更多創新性成果產出。

在上述因素的共同作用下，郭光燦實驗室逐漸在量子信息領域進入了國際一流梯隊，并且成為了國內學術人才培養的模范實驗室。其發展路徑在帶給人們啟發的同時，還體現了改革開放以來，一個新學科克服種種困難在中國成長起來的歷程。隨著郭光燦實驗室、選鍵化學實驗室等實驗室的成長，中國科大也逐漸從教學型大學轉型成了研究型大學，并在國內外贏得崇高的聲望。

致謝郭光燦院士、韓正甫教授、李傳鋒教授、明海教授、史保森教授、周先意教授、周正威教授、張永生副教授和黃運鋒研究員接受了筆者的訪談，中國科學技術大學檔案文博院方黑虎執行院長和孫璐、張芳圓、馬小艷等老師在檔案查詢方面給筆者提供了幫助。此外，筆者得到了導師熊衛民特任教授的悉心指導。在此謹致謝忱!