潘建偉，闖入“無人區”

9月， 中國科學技術大學2024級新生開學典禮上，校長包信和將校名拆開，對應了四位科學家：“中國”，對應楊承宗，我國放射化學奠基人，以中國為首，終身科教報國；“大學”，對應錢學森和李政道，他們“文理雙全”，是全面發展的榜樣；“科學技術”，則對應了潘建偉。包信和解釋稱，潘建偉主攻的量子理論“是當今世界最深奧和最重要的科學之一”，他鼓勵新生向“無人區”進發，追求“高峰要高到九重”……

上述四人中，潘建偉顯得很特別。他還“年輕”，今年54歲，仍在科研一線沖鋒。他研究的領域“量子信息技術”，曾經在很長時期，因為過于前沿而少人問津，稱之為“無人區”并不夸張。而今天的量子信息技術，與AI 一起被看作“下一代革命性技術”。風口當前，世界發現，以潘建偉為代表的中國量子信息“新勢力”，站在最前邊。

好奇的少年

量子理論， 前沿、晦澀，為人津津樂道的是，連愛因斯坦也無法接受量子理論的某些“原理”。比如，“量子糾纏”，愛因斯坦認為它違背狹義相對論，因此不合理。他稱之為“鬼魅般的超距作用”。

這門“ 鬼魅般” 的學科，也困擾過年少的潘建偉。1987年高考那年，潘建偉有機會被保送到浙江大學。“因為當時保送的專業不是物理，所以我放棄了。”最終，他被中國科學技術大學近代物理系錄取。

本科時，潘建偉接觸到量子力學。“從一開始，我就被量子力學搞糊涂了。”潘建偉的疑惑同愛因斯坦一樣，“像量子疊加、量子糾纏的問題，當時我覺得是不應該發生的，有一次期中考試還差點因此沒及格”。

潘建偉與量子學說，算是“不打不相識”。1992 年本科畢業，潘建偉在論文中向“不合常理”的量子力學理論提出了質疑，“我試圖在論文中找個例證，來否認這個理論”。也因為這次挑戰，他迷戀上量子世界的奧妙與未知。繼續攻讀碩士的他，選擇的方向是量子基本理論。

但那時的潘建偉已經知道，要破解“ 鬼魅般” 的量子世界，單純的理論研究遠遠不夠。1996 年碩士畢業后，潘建偉選擇到量子學說的“出生地”——奧地利，他入讀因斯布魯克大學，師從2022 年諾貝爾物理學獎得主之一安東·塞林格。

塞林格的實驗室，是量子實驗重地。潘建偉曾在多個場合回憶他與塞林格的第一次見面，那年他26 歲。塞林格問他，你的夢想是什么？青年的潘建偉張口就說：“我將來就想在中國建一個您這里的實驗室，世界一流的量子光學實驗室。”塞林格對他點頭，說：“很好啊。”

這時期，潘建偉的生命中還有另一件大事。1987年高考那年，他在日記里寫下一個愿望，希望能娶一位高中女同學為妻。9年后，潘建偉讀博那年，這位女同學答應了他。后來在一次演講中，潘建偉重提這件事，說：“這么困難的事情我都做到了，還有什么事情不能做成呢！”

“墨子”問鼎與量子計算

潘建偉是幸運的。1996年攻讀博士，他很快參與起塞林格領導的一項重要實驗。1997 年，論文發表，標題是很簡單的《量子隱形傳態》，潘建偉是論文第二作者。這篇論文，被《自然》雜志選入20世紀的“百年物理21 篇經典論文”，其成果與相對論的建立、DNA雙螺旋結構的發現等并列，被公認為量子信息技術的“開山之作”。第二作者潘建偉，也從此名聲大噪。

但這僅僅是一個好的開始。所謂的科研，不僅開頭難，而且步步難。

潘建偉記得，1996年的實驗室里，量子密鑰傳輸距離只能做到幾十厘米，量子隱形傳態也只能傳輸30多厘米。潘建偉有一個要好的朋友，當時斷言：在有生之年不會看到這項技術成為現實。到了2017年，當潘建偉的團隊真的用技術改變了現實，這位朋友“簡直說不出話，覺得這是匪夷所思的事情”。

就像他花了9年時間追到妻子那樣，潘建偉顯然是一個長期主義的行動派。

博士畢業后，2001年， 潘建偉回國任教，在中國科學技術大學組建了物理與量子信息實驗室，他開啟了一段“候鳥”時光。從2001年到2008年，他常年先后在奧地利和德國“兩邊跑”，重點學習了量子糾纏態的制備工藝，以及量子存儲技術。2011年，41歲的潘建偉當選中國科學院院士，成為中國當時最年輕的院士。

在量子通信領域，我們可以從最初“實驗室里幾十厘米”的傳輸距離出發，窺見在這條路上，潘建偉走了多遠。

早在2008年秋，潘建偉團隊就在合肥建立了世界上第一個光量子電話網，實現了“一次一密”加密方式的實時網絡通話。量子通信開始在一座城市的范圍內落地。

2016年8月16日，“墨子號”量子科學實驗衛星升空。潘建偉團隊通過“墨子號”，在國際上率先成功實現了千公里級的星地雙向量子糾纏分發。此外，“墨子號”首次成功實現了從衛星到地面的量子密鑰分發和從地面到衛星的量子隱形傳態。潘建偉將“幾十厘米”擴展到了“天地之間”。

“ 墨子號” 的成功， 標識了中國成為量子技術“領跑者”的轉變，也牢牢確立著中國“領跑者” 的位置。但這些成就，還不是潘建偉的全部。“墨子號”的既定任務，大多與量子通信相關，而量子信息技術被公認為最重要的領域，是量子計算。

2019年10月， 谷歌AI 量子實驗室在《自然》發文稱實現了量子優越性，成為第一個摘到勝利果實的團隊。谷歌采用高溫超導電路量子計算芯片“懸鈴木”，擁有53個有效量子比特，所執行的“特定任務”是“隨機線路取樣”問題（量子計算機只在一些特定問題上有“優越性”）。谷歌宣稱，“懸鈴木”在這個任務上，比經典超算擁有十億倍的性能優勢。雖然后經IBM 優化算法，在隨機線路取樣任務上經典計算機已經可以追平“懸鈴木”的計算性能，但這無礙于谷歌確實證明了量子優越性的存在。

一年多后，該領域迎來了潘建偉的團隊。2020年12月，潘建偉團隊的量子計算機“九章”在執行“玻色子采樣問題”上，實現量子優越性，比最強超算“富岳”高效100萬億倍。

比起“ 懸鈴木”，“ 九章”的優越性難以被計算機算法追平。因此，“九章”也被評價為，人類第一次實現無可爭議的量子優越性。需要說明的是，“懸鈴木”屬于超導量子計算機，“九章”則是光量子計算機，兩者不能放在一起比較。

2021年，潘建偉團隊發布62 個量子比特的量子計算機“祖沖之號”，屬于超導量子計算機。也就是說，中國是目前唯一一個在兩種路線的量子計算領域都實現了量子優越性的國家。這再度確立了中國“領跑者”的地位。

勇闖“無人區”

重擔在身，難免疲憊，潘建偉并不回避這一點。

2017年，一次在西湖大學致詞時，他曾說，從后臺走向世界前沿，“壓力很大”。跟跑時只要緊跟著第一方陣就行了，如今“領跑”生怕被追上，害怕辜負大家的厚望。

潘建偉的壓力，一方面固然來自國際競爭， 另一方面，當科研走到了最前邊，就不再只是一次次的突破，還可能有一次次的試錯。但對于從事科研工作的青年科學家們，潘建偉依然鼓勵他們勇闖“無人區”，也就是新興領域。

今年3月，潘建偉受訪時，對年輕人提出兩條建議。一是選擇自己感興趣的領域，“有興趣就會有耐心，就能夠長期堅持下去”。二是選擇一個新興領域和在該領域活躍的導師，“進入一個新興領域，是避免‘卷’的一個比較好的方式，因為該領域長滿了科學的果子，研究者又不太多，跳一跳就能夠得到……新興學科一定處在活躍期”。

（摘自《南風窗》2024年第20期，本刊有刪節）