量子争霸:美国人在问“谁是潘建伟”

  • 日期:01-07
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39年前,“回归者”与“terrapin”联手,1983年6月中旬,由美国空军科学研究机构主办的“相干量子光学会议”在纽约罗切斯特大学举行了三天。来自30个国家的310名代表出席了会议。现场也有一些中国的面孔,包括吴灵安、郭广灿、彭昆池、邓芝芳(在那之后,他们没有在量子领域发展)和其他人。

吴灵安在美国学习,郭广灿和彭昆池在访问学者。

那时,量子科学在西方已经发展了60多年,也有诺贝尔奖获得者。“相干和量子光学会议”也在美国举行了四次,吴灵安等人出席了第五届会议1( 《激光与光电子学进展杂志》)。量子光学对这些年轻的中国研究人员来说仍然是一门非常新的学科。

吴玲安记得六月一个炎热的夏夜,在邓芝芳家,他们吃西瓜和冰淇淋,聊了一整夜。一夜几乎所有的话题都与量子光学有关。尽管许多人仍然不明白,但他们充满了热情。

“我们都很兴奋,认为这是一个新的研究领域,”吴灵安告诉网易科技《后厂村7号》记者。当时,有些人说他们将回到中国,“开展新的研究方向和前沿研究方向”

在这几个人中,郭广灿和彭昆池分别回到他们原来的单位中国科技大学和山西大学,进行量子光学研究。吴灵安留在美国学习,直到1987年获得博士学位才回国。

在此之前,一群国内研究人员已经开始了他们自己在量子科学领域的研究工作。据记者《后厂村7号》采访,如北京大学王义秋(激光冷却原子)、北京大学曹昌奇(量子光学)、兰州大学王志成(量子光学)、华中师范大学彭金生(量子光学)、中国科学院上海光电子研究所王玉柱(激光冷却原子)、中国科学院上海光电子研究所谭韩伟(量子光学)、中国计量研究所李楚天(原子钟)等。都是这个领域的早期代表。

”在20世纪70年代末,老绅士是物理学的基础。改革开放后,他们只关注自己的基础,看文献,发现他们可以做到这一点。然后他们开始了。大多数都是自发的。”王志成研究生张志明告诉记者《后厂村7号》,“当时它相对分散,没有气候。”

张志明在20世纪80年代初和老师一起学习时,自然也走上了量子光学的研究之路。现在他是华南师范大学信息光电与技术学院的教授。他研究量子光学、量子信息和冷原子物理学。他主持并参与了国家自然基金会和教育部的十几个科研项目。

1984年,郭广灿回国的第二年,他从中国科技大学赢得了2000多元,并在安徽省滁州市琅琊山琅琊寺组织了第一届全国量子光学大会。当时,50多人参加了会议,其中许多人很好奇。

张志明参加了会议,他告诉记者《后厂村7号》,学术会议的标志是两个量子科学研究力量的融合,本地和海外的回归者。结果是每个人都沉浸在自己的工作中,几乎没有交流。“那些从国外回来的人可以说在这个国家发挥了巨大的作用。当时,交换文件也不方便。他们从国外带回了一些最新的信息来组织每个人,宣传这件事。”

没有条件,必须努力创建它们。

没有条件,必须努力创建它们。

1991年,郭广灿出版了中国第一本专业书籍 《量子光学》,被誉为中国量子光学的启蒙。从那以后,他成为世界上第一个制造量子避错码的人,也是第一个提出量子概率克隆原理的人。1(安徽日报)

同样在彭昆池的家乡,山西大学成立了光电子研究所。这是中国第一位进行量子压缩态实验的科学家。后来的研究成果不仅得到了同行的好评,而且得到了演示

回到中国后,彭昆池在量子信息研究领域取得了一系列原创性成果。在他的领导下,山西大学的光学学科和实验室也相继成为国家重点学科和国家重点实验室。

2003年,彭昆池和郭广灿都当选为中国科学院院士。

比他们晚回家的吴玲安(Wu Lingan)在美国导师杰夫金布尔(Jeff Kimble)的指导下,于1986年首次用光学参量谐振器实现了光学压缩状态,金布尔是得克萨斯大学奥斯汀分校的物理学教授。压缩率达到4.3分贝,创下63%的世界纪录。吴灵安是第一位作者,文章被选入美国物理学会相关论文集中。一些受访者告诉记者《后厂村7号》,这是当时世界上最好的量子光学研究工作,确立了吴灵安在量子光学领域的地位。

1987年获得博士学位后,吴灵安回到中国科学院物理研究所工作并进行艰难的实验。

在冬天和春天,北京经常发生沙尘暴。即使窗户关着,光学实验设备也会被污染。

"高功率激光器有很强的光功率。当光束击中镜子时,它会将空气中的有机分子燃烧到透镜上,从而污染透镜。一旦污染发生,它的反射率就会下降。”吴玲安说,当时没有像现在这样超级干净的房间。据她所知,彭昆池在山西大学也面临着同样的问题,这个问题已经持续了很多年。

当初,吴灵干也想做挤压态实验,彭李科昆池做了,但他没有这个条件。经过几次反复试验,他发现这太难了,于是放弃了,转向量子通信研究,这是一个要求不那么严格的新方向。

在没有任何资金支持的情况下,吴玲安开始了自己的工作,自己组装、组装和设计各种实验设备。1995年,她实现了中国第一次自由空间量子密钥分发演示实验。该论文发表在当年的第一期《量子光学学报》上。

就这样,她成为中国第一位开始量子密码通信实验研究的科学家。从时间上看,她的工作比仍在中国科技大学学习的已故潘建伟院士早十多年。

如果研究要继续,它肯定需要财政支持。吴灵安认为量子保密通信更适合国防,应该受到军队的欢迎。由于她的论文发表和声誉,她后来被军队邀请做报告。然而,量子通信在当时还是太先进了。她主动与个别单位联系,人们对此不感兴趣或无法理解。

最后,中国科学院信息安全实验室在听取了她对量子密钥分发的介绍后,了解了量子密钥分发的前景,并与她一起申请了中国科学院院长基金。

吴灵安说郭广灿比他自己的小争吵更有能力。他开始寻找的不是军队或政府部门,而是相反的方向。"他找到了中国银行,寻找一些像这样有业务需求的单位."

郭广灿倾向于走生产、教学、研究的发展道路。他曾经对人们说,他很久以前就意识到了这一点,“量子技术将走向市场。单靠学校是做不到的。学校是研究机构,工业化必须借助公司的力量。”2( 《电子工程世界》)

在量子科学研究过程中,郭广灿曾被质疑从事伪科学并申请科研项目,但也遭到多次反驳。经过多年的活动和努力,2001年,他申请的第一个国家量子通信和量子信息技术“973”项目最终获得批准。3(《安徽日报》)当时有八个课题,其中郭广灿是首席科学家,并组建了一个研究小组参加。当时在美国的吴灵安和彭昆池也是成员,分别担任团队领导。今年留学回国后,潘建伟还担任了相关课题的负责人。

2013年,世界上第一个拥有所有独立知识产权的量子政府网络在安徽芜湖建成

据新华社报道,此次通话的信号路由首先通过京沪干线北京控制中心连接到墨子卫星兴隆地面站,然后通过墨子连接到奥地利地面站,实现了相距7000公里的量子加密通话。

这个历史性的视频通话是在北京海淀区西北繁华地区的一栋办公楼里进行的。记者《后厂村7号》于今年9月访问了该网站。"与奥地利的量子加密视频会议就在这里,通过这个屏幕."会议区的墙上挂着一个大屏幕,上面有黑色真皮座椅。指导此次访问的国家量子专家金Xi(化名)告诉记者。

该网站不仅是中国第一条量子通信干线“京沪干线”的北京控制中心,也是全球综合量子通信网的展厅。

所谓天地一体化指的是“墨子”量子科学实验通信卫星,地球指的是京沪量子通信干线及其城域网,两者都在中国科学院的统一领导下。锦西郭克量子通信网络有限公司是中国科学院的附属实体。其主要职能是负责新一代信息基础设施国家广域量子安全通信骨干网的建设和运营,该网络以墨子卫星和京沪干线为基础,得到国家发展和改革委员会的支持。

Mozi卫星于2016年8月16日发射,这是世界上第一颗量子科学实验卫星。据相关研究人员介绍,Mozi卫星已经完成了该计划的三个科学目标:地球恒星的量子密钥分布、恒星与地球的量子纠缠分布、地球恒星的量子隐形传态。卫星仍在轨道上。

2017年9月,全长2000多公里的京沪量子通信主线建成,利用光纤传输量子信号,实现两地量子安全通信。同时,其北京接入点连接到墨子卫星,突破了地面光纤传输的短距板。有些人认为这使得实现量子通信的全球覆盖成为可能。

在这背后,有一位科学家的名字不容忽视。他是中国科学院院士、著名物理学家潘建伟。他是这两个项目的首席科学家。

潘建伟1996年从中国科技大学科技硕士毕业后在维也纳大学学习。他在量子实验科学家塞林格(也称为奥地利科学系主任)的指导下学习。师生合作实现了量子隐形传态实验,被美国杂志《科学》列为年度世界十大科技进步。

2001年,潘建伟作为杰出的外国人才被中国科学院介绍回中国,并回到中国科技大学组建自己的研究团队。十五年后,他成为中国量子通信领域的领先科学家之一,一个杰出人物。

“我说过魏健是我们的民族英雄,因为世界上没有多少东西我们可以领导,量子通信是为数不多的领域之一。”在今年夏天的一次学术会议上,记者《后厂村7号》听到了中国科学院量子科学领域院士莫莫(化名)的这番话。

在他看来,潘建伟的学术影响力增强了中国人民的国际认知度和信心。莫莫去美国时,发现连房东都在关注墨子卫星,问“潘建伟是谁?”

2018年冬天,潘建伟被评为改革开放100位先锋人物,这是国家对改革开放40年来各领域杰出人物的最高奖励。

有了钱,人们也有了

中国在量子科学方面取得了进步。据《后厂村7号》记者采访,这与国家的关注和投资密切相关。“量子通信和量子信息现在被纳入优先发展战略的国家政策中,”莫莫院士说。新市场经济下的国家体系是中国量子科学的法宝

“如果没有强有力的国家资金支持,就没有办法做那些实验,只能纸上谈兵,”张志明对《后厂村7号》说,在量子科学等基础研究中,国家资金支持非常强,普通项目也可以申请到780万,而一些大团队的关注,需要资金和资金,“一些项目资金高达几千万、上亿元”。

研究力量也在扩大。从广义量子科学(包括量子光学、量子计算等学科)的角度来看,据说全国范围内的研究人员已经达到3000至5000人。

张志明粗略地将当今中国具有代表性和影响力的研究力量划分为《后厂村7号》。广义的量子研究,有一批科学家,包括清华大学薛启坤院士、中国科学院物理研究所向涛院士、中国工程物理研究所孙昌普院士和中国科技大学杜江峰院士。

量子光学研究力量的分布:一是在中国科技大学,以郭广灿院士和潘建伟院士为主要代表。一个是山西大学,以彭昆池院士为代表的光电子研究所。其他人是浙江大学朱石爻院士的团队。上海交通大学张卫平教授团队;清华大学的相关研究团队,由龙桂鲁教授、王向斌教授等代表;中国科学院上海光学机械服务研究所王玉柱院士是代表团队。

张志明注意到,2018年全国量子光学会议的与会者超过700人,而1984年郎悦神庙会议的与会者超过50人。

今年8月,在安徽省滁州市琅琊山琅琊寺旧址,中国物理学会量子光学委员会举行了光学学术会议35周年纪念活动,邀请郭广灿、吴灵安等老归国人员和当地资深科学家,对他们为促进量子光学发展所做的努力表示特别的敬意。

(拍摄35周年照片。吴灵安在左边第五位,郭广灿在左边第六位,张志明在后面)随着队伍的壮大,国内量子研究水平据说有了很大提高。出席会议的张志明说,“1984年前后,中国基本上人人都发表文章。在中国发表关于《物理学报》的文章并不容易。然而,现在有中国学者在《Nature》和《Science》这两个国际最高级别发表文章,《Nature》子刊发表的文章更多,变化很大。”

我只想做一些“齐头并进”的项目

中国的量子研究正在做出巨大的努力和扩展,赶上那些开始量子科学的国家,而这些国家并没有闲着。

业界众所周知,墨子问世后,震撼了一些发达国家。在过去两年里,西方发达国家频繁采取行动。美国有一项国家量子行动法案和一项国家量子行动计划。英国有量子发展的蓝图。欧盟有一个量子旗舰计划。

一些发达国家声称在量子科学中抢占了第一名。

"我们的量子技术已经进入了无人之地."莫莫院士认为,中国量子研究面临的外部环境严峻复杂,经常受到限制。这涉及许多方面,如技术、设备来源以及通信与合作。他自己也遇到过这种情况。一些合作关系得到了明确和顺利的讨论,然后顺利结束。

在这种情况下,一些量子研究人员承认,面对来自其他国家日益增长的力量,他们面临着保持领先优势的压力。

“我们过去容忍别人,不敢带头。现在量子技术已经进入了无人之地。你必须自己去做,没人会带你去。”莫莫院士正带领团队启动量子研究项目。他对人才培养和研究目标有着雄心勃勃的想法。他说,他们的探索是为了设定一个长期的方向,取得一系列具有诺贝尔奖级含金量的原创性成果,并且为了迎接困难,“只想做一些我们被对手卡住的项目”。

莫莫院士在公开场合说

像华为一样,量子技术的情况也非常典型。在当前的国际竞争中,据记者《后厂村7号》采访,中国量子科学发展有一定的前瞻性战略准备。面对外部环境的制约,如研究材料和设备的供应,由于量子通信的投资相对较大,一些关键研究将提前进行,相关器件已经可以自行生产。虽然绩效指标需要进一步优化和加强,但受访者表示,“这当然是可能的。”

在追逐我的过程中,这是对彼此综合实力的考验。例如,量子计算,受访者说,这一领域的研究涉及许多基本的能力领域。在基础材料领域,人力和物质资源及其他条件已经具备,并将迅速发展。“有些人不依赖单一领域的科学研究能力。它需要整体实力来推进。”

有必要加强探索和研究。

一个问题是,为什么量子科学近年来被如此追求和重视?

据《后厂村7号》记者称,这是基于一系列前瞻性假设和推断。

人们,包括科学家,对量子科学有着巨大的潜在期望。更有代表性的观点是,人类目前正处于第二次量子革命中。

在量子计算方面,一些研究表明,一旦量子计算机被成功开发,它将对当前的安全通信构成巨大威胁。当前的安全通信是基于所谓的“大数分解”问题。据说要解决这个“大数分解”问题,需要1000多台经典计算机协同工作,需要8个月或更长时间才能完成,而量子计算机只需要几秒钟就能完成。

量子通信在理论上被认为是绝对安全的,因为它基于物理学的基本原理,而不是数学复杂性。

与此同时,研究人员认为量子技术还可以用于许多战略方面,如能源勘探和国防,具有无限的有效性。

当然,这还需要进一步的科学证实。

张志明教授向《后厂村7号》介绍说,上述技术极难实现。他认为,虽然基础量子研究和理论探索没有问题,但量子计算机或量子通信是否真正流行仍有很长的路要走,因为量子效应非常脆弱和不稳定,容易受到环境因素的干扰。

即便如此,张志明也主张加强研究和探索。当每个人都想试一试时,“我们必须这样做。如果是别人干的,我们不是更被动吗?”

“天堂里唯一的一个,地球上最成熟的一个”

中国量子通信网的长远目标展示在天地一体的广域量子通信网北京控制中心的一面墙上。

中国将在地面上形成与铁路网一样多的水平和垂直量子通信网;另一方面,在天空中,将布置一个由几颗卫星组成的量子星座卫星网络,将其与地面信号连接起来,最终实现天地一体的全球量子通信基础设施。同时,一个完整的量子通信产业链将被开发出来,以支持基于量子物理的下一代信息安全生态系统。

”目前正在建设的是国家量子安全通信主干网的第一阶段。继京沪干线之后,还有另一个新项目,即建设一个从北京到上海的环形网络,并将其延伸到广州。这些线路正在建设中。其他线路仍在规划之中。”金喜介绍说,中国量子通信产业的发展现在可以总结如下:“天上只有一个,地上的产品是最成熟的。”

中国在量子通信领域可以说是领先的原因是,据记者《后厂村7号》报道,这不仅是科学研究的突破,也是商业设备的突破。例如,与国际同行的设备性能相比,它也有100公里远。中国量子通信设备的传输可以达到2K比特/秒,而其他国家的设备可能只有1K比特/秒,或者在100公里的传输距离内无法正常工作。

“这是非常必要的行业健康发展,并提供一个舞台,专业人士已经稀缺在量子领域。只有不断培养和建设一支强大的量子技术专家队伍,我们才能在未来的量子时代拥有强大的竞争力。现在是行业孵化和努力前进的阶段。”金赛说。

在全球综合量子通信网络的运营中,郭克量子的角色类似于中国移动、中国联通等基础网络运营商。量子通信网络如何像传统电信业一样实现工业化的规模化发展?他们目前正为此从零开始探索。

”有些人认为成本太高。一些顾客直接说这毫无意义。加上一些负面的舆论引导,人们听到了各种质疑的声音。”金赛认为这是暂时的情况,他提醒每个人要坚定信心。“国外量子通信产业不像我们,人们发现在中国听到这种现象令人难以置信。在高科技领域,中国很容易落后,但一旦走在前面,就有点不知所措,而且有许多质疑的声音。”

2007年,郭广灿院士团队在三年前成功实现京津之间125公里光纤的点对点量子密钥分配后,率先使用自主创新的量子路由器在北京网通公司商业通信网上测试四用户量子密码通信网络。吴灵安出席了测试会议。她注意到媒体报道测试产生的码率只有几个比特,她周围的朋友也对她说,这几个比特这么慢有什么用?

“科学总是慢慢开始,并且可以慢慢解决问题。像太阳能一样,起初效率很低。现在发展很快,效率也提高了。包括激光的发明,当它第一次出现时,外国说它是一个没有问题的解决方案,也就是一个问题的答案。”吴灵安告诉记者《后厂村7号》,“现在我们离不开激光。”

Kinsey告诉记者《后厂村7号》,事实上,在仅仅10年多的时间里,量子通信产生的密钥分发率已经超过10Mbps,技术也在进步。

标准化斗争

当量子技术进入无人地带的阶段时,是优势国家之间在制定量子技术标准方面的斗争与基础研究齐头并进。

行业主体意识到,只有建立标准,量子通信行业的未来发展才有足够的活力。能否引领标准制定是占据未来量子通信产业制高点的最重要的事情。

”任何新技术,从小规模科学实验和应用到大规模应用,都需要标准支持,尤其是信息和通信技术。通常标准先行,然后设备制造商可以开发能够相互通信的设备,只有这样才能实现大规模的工业和服务。”国家量子专家金赛说。

事实上,世界上一些主要国家已经在量子通信领域的标准上做出了巨大的努力。目前,中国还在推进一系列量子安全通信技术标准化的制定。

2017年6月,中国通信标准协会成立了量子通信和信息技术特别工作组(ST7),由郭克量子担任主席。来自中国联通、中国移动、中国电信、SciDev.Net、华为、中兴、阿里巴巴等产业链的50多名企业成员也加入了工作组,参与了标准制定工作。与此同时,国家信息安全标准化技术委员会和密码行业标准化技术委员会也开展了相关工作。

Kinsey透露,大约一年后,相关量子通信行业标准和国家标准将在中国发布。“我们现在有25个标准在准备中,许多行业标准和国家标准即将进入审查阶段。”

与此同时,中国企业也在推广国际标准。

郭克量子和其他企业目前正在国际标准组织,如国际标准化组织(标准化组织)、国际远程办公中进行量子通信的标准化

在国际标准化组织(标准化组织)中,中国率先提出建立国际标准“量子密钥分发安全要求和评估方法”的建议。尽管遭到一些成员国的反对,但得到了20多个成员国的大力支持,并已正式开始筹备工作。

在联合国的附属机构国际电信联盟(国际电联)中,它们通过曲折取得了相应的进展。在

郭克量子等中国机构加入国际电联后,该组织先后推出了10项量子密钥分发网络技术国际标准。郭克量子等中国研究对象提议成立一个专门的量子焦点小组,但由于一些国家的反对,该提议去年被否决。国际电联有来自不同国家和部门的900多名成员。所有国家都很难在这个问题上达成共识。”金赛说,“如果现场没有达成共识,这项工作就无法向前推进。”

反对的主要原因是当前量子技术不成熟,标准化要求不明确。然而,金赛认为,反对派担心失去其在核心标准领域的主导力量。

主要反对者建议中国举行一次国际研讨会,进一步讨论和澄清国际标准制定的需要和必要性。

今年6月,作为承包商之一,郭克量子在上海举办了“国际电联首届量子信息技术标准国际研讨会”。来自10多个国家的200多名与会者就量子计算、量子通信、量子测量和量子信息技术标准化等议题进行了讨论和碰撞。

承包商在会上透露,大家都意识到标准化面临的挑战,希望建立一个全球开放合作的共同平台来加强标准化工作,这为中国进一步推动量子焦点小组(Quantum Focus Group)的成立提供了良好的基础。

9月的最后一周,郭克群等中国受试者前往日内瓦的国际电信联盟,再次提交了成立标准焦点小组的提案。

北京时间9月28日凌晨,日内瓦金赛在朋友圈透露,经过一年的不懈努力,国际电联终于见证了一个面向网络的量子信息技术焦点小组正式宣布成立。将实施共同主席机制。中国科技大学的一名教授将担任中国主席,美国和俄罗斯将成为焦点小组的共同主席。他们还没有确定主席。

“这不容易,”金赛经询问告诉记者《后厂村7号》,这次打破了一些国家的“联合遏制”,实现了第一个量子信息技术国际专业标准小组的建立,为全球量子信息技术专家的团结和标准前期研究的合作提供了平台。

也许事情正在朝着他早些时候告诉记者的方向发展,“在量子通信标准化方面,应该说国内和国际都可以做得很好,我们已经在世界上发挥了主导作用。”

“不要杀我,也不要杀我”

被一些人引向更大的统治地位,到目前为止这只是第一步。

"当然我们在某些领域领先,但是你不应该走得太远."吴灵安告诉记者《后厂村7号》。

根据科学家的解释,事实是量子科学目前的进展没有外界想象的那么成熟和先进。人们不必对此冲动。

“量子技术目前仍处于非常非常基础的阶段,”莫莫院士说,他指出,美国两院院士去年进行的一项调查得出结论,除非出现破坏性技术,否则量子计算的实现在可预见的20年内只是一个小概率事件。莫莫院士同意这一结论。根据他的观点,现代社会常用的经典计算机已经发展了几十年。由此可见,量子计算不可能一夜之间实现。

在最初阶段,莫莫院士认为,要认识到现实并与西方主要发达国家进行比较,“我们在硬件和软件方面有很大差距,”他敦促,“不要杀人,不要杀人,让科学家做他们自己的事情。”

莫莫院士非常关心

从1984年郎悦山区会议过来的一大批子科学家中,有人认为,在国家资金的大量投入下,量子科学研究需要“两弹一星”的精神,应该脚踏实地地进行研究,以消除浮华浮躁的功利氛围。

"尤其是那些赚大钱的大项目,在这个层次上,他们仍然只发表文章,这不适合文章的等级。"张志明说,“当然,高水平的论文也是成就,但是有这么多钱,你不应该把自己局限于论文的成就。在实际应用中,你应该有一些真实的东西。”

根据他的说法,这在中国比报纸和只有报纸更普遍。他的感觉是,这个领域的一些人唱高音,说高音。本质上,这是因为这个国家现在有很多帽子(指荣誉和项目)。因此,为了获得资源,夸大他们的工作或建立关系是不可避免的。“国内的情况可能有点太热,无法停车。有些人已经登上了船,只能前进,不能再后退了。”

莫莫院士形容他们的量子研究工作“任重道远”。他看到年轻一代研究人员激起的好奇心和激情,也鼓励年轻人下定决心在20年内磨刀,忍受孤独,并坐在长凳上。“现在没人注意这个领域。你必须有能力让它成为一个未来每个人都会追随你的领域。”他希望中国所有的研究力量携手迎接挑战,“每个人都应该携手做好这项工作。”

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