潘建偉 -中國科學院院士、中國科學技術大學教授

潘建偉

中國科學院院士、中國科學技術大學教授
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潘建偉,男,浙江省東陽市人,原籍浙江省磐安縣。中國科學技術大學教授、博士生導師,中國科學院院士。九三學社第十二屆中央委員會委員。

現任中國科學技術大學常務副校長。第五屆中國青年科技工作者協會會長。中組部首批“千人計畫”入選者,中科院量子科學實驗衛星先導專項首席科學家。中國科學技術大學量子隱形傳態研究項目組主持人。

  • 中文名稱
    潘建偉
  • 出生地
    浙江省東陽市
  • 社會職務
    中國青年科技工作者協會會長
  • 畢業院校
    中國科學技術大學、維也納大學
  • 民    族
  • 國    籍
    中國
  • 主要成就
    中國科學院院士
  • 職    業
    中國科學技術大學副校長
  • 出生日期
    1970年

人物生平

1970年3月,父親籍貫浙江省磐安縣,出生在浙江省東陽市馬宅鎮雅坑村,先後畢業于馬宅鎮雅坑國小(青聯公社第一名),吳寧鎮中(全年級第一名)。

1984年考入東陽中學(浙中名校,先後培養數名國內外院士,著名的有嚴濟慈院士、李正武院士、王伏雄院士等)。

1987年,考入中國科大,碩士畢業後留校工作。

1992年,畢業于中國科學技術大學近代物理系。

1995年,獲該校理論物理碩士學位。

1996年,遠赴奧地利維也納大學攻讀博士學位,師從塞林格教授,並于1999年獲維也納大學博士學位。

1999-2003年留在塞林格組從事博士後研究,先後任博士後和高級研究員並擔任Co-PI。

2001年起,任中國科大教授。

2003-2008年,為發展冷原子操縱技術,兼任德國海德堡大學瑪麗·居裏講座教授。

2003年他被奧地利科學院授予Erich Schmid獎。此獎為奧地利科學院授予四十歲以下的青年物理學家的最高獎,兩年一度,每次一人。

2004年他在歐洲申請上3個研究基金:歐盟的瑪麗·居裏基金,研究經費115萬歐元;洪堡基金會索非亞研究基金,經費105萬歐元;德意志研究聯合會尼托研究基金,經費113萬歐元。

2005年6月,獲得歐洲物理學會2005年度菲涅爾獎(歐洲物理學會菲涅爾獎授予在量子電子學和量子光學領域做出傑出貢獻的青年科學家)。

2008年11月,當選為開發中國家科學院的TWAS Young Affiliates(通訊院士)。

2008年,在國內全時工作,並在上海浦東建立中國科學技術大學量子工程中心。

2011年,增選為中國科學院數學物理學部院士。42歲的潘建偉教授是中科院2011年院士增選產生的最年輕院士,他在量子物理和量子信息研究方面成績斐然。

2012年,當選為開發中國家科學院(TWAS)院士。

2014年,當選第五屆中國青年科技工作者協會會長。

2014年4月,任命為中國科學技術大學副校長。

2015年6月,任命為中國科學技術大學常務副校長。

個人成就

量子信息學

潘建偉多年來一直從事量子信息學領域的研究工作並取得了多項重大研究成果。曾被英國《自然》雜志以封面文章的形式發表了他為第一作者的論文《任意糾纏態純化的實驗研究》。量子通信技術是發展中的新興學科。遠距離的量子態隱形傳輸作為一種新型通信手段具有高保密性和安全性,因而有很高的研究和利用價值。近年來,國際量子信息學研究領域取得了一系列重大突破,但解決量子態隱形傳輸距離短的難題仍然是目前國際上重要的研究課題,潘建偉教授及其同事下一步的計畫是希望能夠在解決這一難題上尋求突破。

潘建偉在接受記者採訪時說,在政府有關部門的大力支持下,我國在量子信息學領域的研究發展趨勢非常好。我國的研究水準與學科領先國家的差距越來越小,甚至在很多研究方向上與這些國家並駕齊驅。潘建偉表示,他將繼續與國外同行加強交流與合作,積極吸收國外的先進成果,為提高我國在量子信息學領域的研究水準作出新貢獻。

2012年6月,獲得2012年度國際量子通信獎,以表彰其在量子物理和量子信息研究領域、特別是在量子通信實驗研究領域的卓越貢獻。該獎項將于2012年8月1日在第11屆QCMC國際大會上正式頒發。QCMC國際大會每兩年舉辦一次,是量子信息科學研究領域水準最高,規模最大的學術盛會。 潘建偉是獲得國際量子通信獎這一榮譽的首位華人物理學家。

潘建偉

2012年9月,在天津召開的開發中國家科學院(TWAS)第23屆院士大會上,中國科學院院士、合肥微尺度物質科學國家實驗室潘建偉教授當選為開發中國家科學院院士。

2013年10月30日,何梁何利基金2013年頒獎大會30日在北京舉行,本年度何梁何利基金最高獎授予中國科技大學教授潘建偉"科學與技術成就獎"

入選十大科技進展

2007年1月20日,由547名中國科學院院士、中國工程院院士投票評選出的2007年中國十大科技進展新聞在京揭曉,中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室(籌)量子物理與量子信息研究部潘建偉教授領導的科研團隊的成果"實現六光子薛定諤貓態"榜上有名。這是科大成果連續第五年入選年度"十大科技進展",也是潘建偉團隊的研究成果最近五年內第四次入選"十大科技進展"。

量子隱形傳態

作為國際上量子信息實驗研究領域開拓者之一,他是該領域有重要國際影響力的科學家,取得了一系列有重要意義的研究成果。首次實驗實現量子隱形傳態及糾纏交換、終端開放的量子隱形傳態、復合系統量子隱形傳態、16公裏自由空間量子隱形傳態。

首次實現三、四、五、六、八光子糾纏。首次實驗驗證GHZ定理。提出利用現有技術可實現的量子糾纏純化方案,並完成實驗實現。實現突破大氣等效厚度的量子糾纏和量子密鑰分發。先後實現絕對安全距離超過100公裏和200公裏的量子密鑰分發及全通型量子通信網路。提出基于冷原子量子存儲的高效量子中繼器方案,並完成實驗實現。利用冷原子系綜實現高品質的單光子和糾纏光子的量子存儲。利用多光子糾纏實現重要的量子演算法和突破經典極限的高精度測量。實現任意子分數統計的量子模擬。

潘建偉有關實現量子隱形傳態的研究成果入選《科學》雜志"年度十大科技進展",並同倫琴發現X射線、愛因斯坦建立相對論等影響世界的重大研究成果一起被《自然》雜志選為"百年物理學21篇經典論文"。其研究成果曾6次入選兩院院士評選的"中國年度十大科技進展新聞" 、3次入選教育部評選的"年度中國高校十大科技進展"、3次入選科技部評選的"年度中國基礎研究十大新聞"、5次入選歐洲物理學會評選的"年度物理學重大進展"、4次入選美國物理學會評選的"年度物理學重大事件"。

由于潘建偉及其同事在量子信息實驗領域的系統性工作,他分別被重要綜述雜志Phys. Rep.和Rev. Mod. Phys.邀請撰寫有關量子通信和多光子糾纏操縱的實驗綜述論文,其中後者是中國大陸科學家在該刊發表的第一篇實驗綜述論文。曾獲求是傑出科學家獎、中國青年科學家獎、中國科學院傑出科技成就獎、奧地利科學院Erich Schmid獎、歐洲物理學會菲涅爾獎等獎勵,2013年何梁何利最高獎"科學與技術成就獎"。

超越光速

傳統認為光速最快,但2015-03-06新聞稿"中科大實現量子瞬間傳輸技術重大突破"報道:中國科技大學潘建偉教授主持的量子隱形傳態研究項目組2013年測出,量子糾纏的傳輸速度至少比光速高4個數量級。在量子糾纏的幫助下,帶傳輸量子攜帶的量子信息可以被瞬間傳遞並被復製,因此就相當于科幻小說中描寫的"逾時空傳輸"。糾纏態的量子,並沒有發生空間的轉移,隻是處于糾纏態的量子中一個粒子的變化引起了另一個粒子的變化。

這是他團隊的偉大成績。

研究成果

●1997-1998年,作為學生參加了他的奧地利老師塞林格教授首次成功實現的量子態隱形傳送(1997)以及糾纏態交換(1998);

潘建偉

●1999-2000年,首次成功實現三光子(1999)、四光子糾纏態(2001),並利用多粒子糾纏態首次成功地實現了GHZ定理的實驗驗證(2000);

●2003年,首次成功地實現了自由量子態的隱形傳送;

●2003年,首次實現糾纏態純化以及量子中繼器的成功實驗;

●2004年,首次取得五粒子糾纏態的製備與操縱;

●2006年,首次實現兩粒子復合系統量子態隱形傳輸,並在實驗中第一次成功地實現了對六光子糾纏態的操縱。

●2006年夏,中國潘建偉小組、美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室、歐洲慕尼黑大學-維也納大學聯合研究小組各自獨立實現了誘騙態方案,同時實現了超過100公裏的量子保密通信實驗,其中,潘建偉小組在2009年進行的實驗又將絕對安全通信距離延長到200公裏。

●2007年,實現六光子薛定諤貓態。通過實驗成功製備出國際上糾纏光子數最多的薛定諤貓態和可以直接用于量子計算的簇態,重新整理光子糾纏和量子計算領域的兩項世界紀錄。

●2008年,利用冷原子量子存儲技術,在國際上首次實現了具有存儲和讀出功能的糾纏交換,建立了由300米光纖連線的兩個冷原子系綜之間的量子糾纏。這種冷原子系綜之間的量子糾纏可以被讀出並轉化為光子糾纏,以進行進一步的傳輸和量子操作。該實驗成果完美實現了遠距離量子通信中急需的"量子中繼器",向未來廣域量子通信網路的最終實現邁出了堅實的一步。8月28日出版的國際著名科學期刊《自然》,以《量子中繼器實驗實現》為題發表了這項重要研究成果。

●2009年,由中國科大潘建偉、陳增兵、彭承志等人組成的團隊針對量子通信實用化展開了攻關研究,研製成功量子電話樣機,並在商業光纖網路的基礎上,組建了可自由擴充的光量子電話網,節點間距達到20公裏,實現了"一次一密"加密方式的即時網路通話和3方對講機功能,真正實現了"電話一撥即通、語音即時加密、安全牢不可破"的量子保密電話。該成果已于2009年4月發表在國際光學領域著名期刊《光學快遞》上,並立即被美國《科學》雜志以"量子電話呼叫"為題進行了報道。

潘建偉

●2012年,在Reviews of Modern Physics以第一作者發表論文,是為數不多在該雜志發文的大陸學者。

●2013年,潘建偉小組和加拿大一研究組分別在國際上首次實驗實現了測量器件無關的量子密鑰分發,完美解決了所有針對探測系統的攻擊,被美國物理學會《物理》雜志評選為2013年度國際物理學領域的十一項重大進展之一。傳輸距離為50公裏左右,嚴重限製了該技術在實用化廣域量子通信網路中的套用。

●2014年11月,潘建偉及其同事張強、陳騰雲與中國科學院上海微系統所、清華大學的科研人員合作,通過發展高速獨立雷射幹涉技術,結合中科院上海微系統所自主研發的高效率、低噪聲超導納米線單光子探測器,將可以抵御黑客攻擊的遠程量子密鑰分發系統的安全距離擴展至200公裏,並將成碼率提高了3個數量級,創下新的世界紀錄,該成果發表在物理學期刊《物理評論快報》上。

個人首次

1999-2000年,首次成功實現三光子(1999)、四光子糾纏態(2001),並利用多粒子糾纏態首次成功地實現了GHZ定理的實驗驗證(2000);

2003年,首次成功地實現了自由量子態的隱形傳送;

2003年,首次實現糾纏態純化以及量子中繼器的成功實驗;

2004年,首次取得五粒子糾纏態的製備與操縱;

2006年,首次實現兩粒子復合系統量子態隱形傳輸,並在實驗中第一次成功地實現了對六光子糾纏態的操縱。

2012年,首次成功實現百公裏量級的自由空間量子隱形傳態和糾纏分發,為發射全球首顆"量子通訊衛星"奠定技術基礎。

2013年,首次成功實現了用量子電腦求解線性方程組的實驗。

人物故事第六個"首次"

中國科技大學潘建偉教授領導的小組成了首次在《自然·物理》雜志發表封面文章的中國科學家。在這項最新成果中,潘建偉和楊濤、張強等人首次實現兩粒子復合系統量子態隱形傳輸,並在實驗中實現了對六光子糾纏態的操縱。

該項成果是"在大尺度量子通信研究中取得的長足進展。"《自然》雜志網站稱贊道。"這是為裝備量子效應在通訊和計算中的套用提供了新的方法。這種量子態隱形傳輸技術在將來的某一天使得強大的量子電腦成為可能。"

這是潘建偉小組在量子通信領域內取得的第六個"首次"。

"他的工作對于一般人來說是難以理解的,不然會感到更強的震撼力。"中國科技大學校長朱清時院士介紹說,潘建偉教授進行著最前沿、最具原創性的基礎研究,研究每年都有突破,顯示出很強的創新能力。

"現在為了對一個500位的阿拉伯數位進行因子分解,目前最快的超級電腦將耗時上百億年,而量子電腦隻需大約幾分鍾。人們一旦擁有了一台量子電腦,目前的密碼系統將很快破解,毫無保密性可言!"中國科技大學合肥微尺度物質科學國家實驗室教授陳增兵的話語中充滿了自信。

量子信息專家郭光燦院士則指出,量子通信在未來的國家信息安全方面具有重要意義,誰掌握了這個手段,誰就掌握了先機。

彌足珍貴的領先

在中國學術界對量子通信領域的研究還很陌生的時候,1999年,潘建偉有關實現未知量子態的遠程輸送的研究成果,同倫琴發現X射線、愛因斯坦建立相對論等影響世界的重大研究成果,一起被著名的《自然》雜志評為"百年物理學21篇經典論文"。那一年,他才29歲。

潘建偉和他的研究小組的多個"世界首次"讓世界同行感到驚奇。2004年,當潘建偉、楊濤等人關于"五光子糾纏和終端開放的量子態隱形傳輸"的論文發表後,研究成果同時入選歐洲物理學會和美國物理學會的年度十大進展。

數一數潘建偉發表的論文,就可以從側面證明他在該領域具有的核心競爭力:《自然》雜志8篇,《自然·物理》雜志(封面)1篇,《物理評論快報》27篇,均屬于頂級的學術刊物。在短短幾年裏,一個人數不多的研究小組竟然能夠在世界頂級學術刊物發表36篇論文,對于高水準論文稀缺的中國科學界來說,是極為罕見的。這也說明,潘建偉小組在量子通訊領域的某一方面的確是具有世界領先水準的。在當今中國,發表一兩篇高質量、原創性的論文可能並不稀奇,但在競爭激烈的世界科學的前沿牢牢地佔據一個立足點乃至製高點,是彌足珍貴的。

2005年潘建偉還榮幸地被綜述雜志《現代物理評論》(影響因子高于《自然》)邀請撰寫綜述文章,這是中國實驗物理學家在《現代物理評論》上撰寫的第一篇文章。能夠被邀請在如此權威的學術雜志上撰寫綜述文章,意味著作者該領域所享有的聲望與權威性。

潘建偉的合作伙伴陳增兵教授還告訴記者一個小秘密:現在他們剛進行了操縱六個光子(小的量子電腦)進行量子計算的實驗,這個研究進展還沒有公開發表。與五光子糾纏相比,六光子糾纏的實驗難度是呈指數成長的。如果這一實驗結果公布,將成為潘建偉和他的團隊的第七個"世界首次",也必將令世界量子信息研究同行為之側目。

不怕輸的精神

取得這一連串驕人成績的潘建偉今年才36歲,個頭不高,給人一種親切、質樸的印象。記者與他不期而遇,是他在北京參加完第六屆"中國青年科學家獎"頒獎儀式回到中國科技大學的第二天。

1970年3月出生在浙江東陽的潘建偉,從小卻是個愛玩的孩子。他曾對別人說,父母從小就很重視對他能力的培養,從不限製他做什麽,他可以做自己感興趣的事。

"感謝我的父母把家搬到了縣城,因為到了國中,才發現在農村國小語文基礎很差,英語根本就沒有學過,國中後才第一次寫作文,結果班導老師隻給了40分,當時我是班代,覺得很羞愧。但我有一種不怕輸的精神,為了把英語學好,把同學約到家裏來學,向老師請教,進步非常快。語文、英語就在那時打下了基礎。"潘建偉說。

到了中國科技大學,他更有機會接受全面的教育。"當時班上聯考狀元就有7個,同學們的貭素都很高,我從同學們那裏學到了很多,對音樂的濃厚興趣,就是受大學同學的影響。全面發展對我的人生起了很大的作用。"

他很擅于向別人學習,同時保持著良好的心態。他認為,做自己喜歡的事是需要有耐心的,欲速則不達。"我願意循序漸進地學習、工作。成功了,當然很高興;不成功,也不覺得失去了什麽。我一直很努力,但不拼著命學。"

潘建偉是愛因斯坦的崇拜者,在大學時就喜歡閱讀《愛因斯坦文集》。"愛因斯坦的散文是最深刻、最美的,讓我堅定了研究物理的決心。讓我感覺從簡單的事實後面可以找到一個規律,現在、將來不會變。"

1987年至1995年,在獲得中國科技大學理論物理學士和碩士學位後,潘建偉于1996年來到奧地利維也納大學攻讀博士學位,導師是量子力學的世界級大師塞林格。他從老師那裏不斷地獲取量子信息前沿領域的最新知識,同時,潘建偉敏銳地洞察到這一學科未來必有大的發展,便及時追蹤國際前沿,走出了自己的研究道路。

2011年,因他的突出表現,41歲的他當選為中國科學院院士。

幽靈般的相互作用

量子糾纏,被愛因斯坦稱為"遙遠地點間幽靈般的相互作用",現在科學家用真實的實驗證實了愛因斯坦的想象。為了認識和促進光子之間糾纏狀態,潘建偉同國內及德國、奧地利專家合作,對這一世界性難題研究了近十年。

郭光燦院士對量子糾纏概念做了如下的描述:量子糾纏是光子間的神秘的聯系,奇妙在其中的一個光子經過測量就可以了解另外一個光子的狀態;光子糾纏是一個整體,兩個光子作為一個整體來看時如果嘗試竊聽或偷走其中一個光子的信息,你將任何信息都得不到。這是另外一個特徵,這就是其保密安全性所在。

但由于在量子通信通道中存在種種不可避免的環境噪聲,"量子糾纏態"的品質會隨著傳送距離的增加而逐漸降低,導致量子通信手段目前隻能停留在短距離套用上。

2005年,當潘建偉與楊濤、彭承志等同事們發表了題為"13公裏自由空間糾纏光子分發:朝向基于人造衛星的全球化量子通信"的研究論文後,13公裏---這個目前國際上自由空間糾纏光子分發的最遠距離,其糾纏的特徵仍然能夠保持的實驗結果,讓人們開始思考實現全球化的量子通信的可能性。

一個年輕、成功的團隊

2001年起,潘建偉在中國科技大學負責組建了量子物理和量子信息實驗室,該實驗現在已經成為籌建中的合肥微尺度物質國家實驗室的重要組成部分。"中國科技大學很早就比較重視量子信息研究,因為有學校的支持,我們才能夠深入做下去。"

回憶2001年實驗室組建之初的情景,潘建偉至今記憶猶新。"當時申請的經費是200萬元,而中科院基礎科學局撥了400萬元,在中科院基礎科學局、國家基金委支持下,讓我們從無到有,很快,設備、人員就到位了。"

潘建偉和他的團隊成員都是30歲左右的青年學者,1969年出生的楊濤教授是年齡最大的一位,楊濤教授介紹說:"五個教授雖然學科背景不同,但大家在一起工作很愉快。潘建偉在理論和實驗領域都有研究,我的學科是電子學,陳增兵、鬱司夏偏重于理論,杜江峰研究核磁共振和量子博弈,我們的知識是互補的,在學科交叉中才有新的生長點。"

量子物理與量子信息研究部有5個教授,1個副教授,2個博士後,2個博士,培養的碩士、博士生30個。研究部在微尺度物質國家實驗室中是人數最少的一個,而團隊合作卻是充滿活力和高效的:2001年開始組建,2002年就有成果,到2003年的時候,在量子通信領域實驗研究已經有了很大進展。

在團隊裏,潘建偉是一個出色的領導者和組織者。他的同事陳增兵教授說,潘建偉很有激情,很會鼓勵大家愉快地工作。作為一位領軍人物,他的眼光獨到,具有前瞻性。

陸朝陽是潘建偉的博士生。在他眼裏,潘老師和藹、親切,第一次見面就留下了深刻的印象。"我本來沒有報他的研究生,和他交談以後,我就修改了志願。在這個團隊最大的收獲,是學會了如何做科研。"

"我從來不限製他們,關鍵是激發並培養他們對研究問題的興趣。這些學生都要送到國外去學習一段時間,從事一項事業,必須依靠團隊的力量。"潘建偉了解國際量子通信的研究動向,積極推薦自己的學生到國外最領先的研究小組學習,潘建偉剛畢業的博士張強已經到斯坦福大學深造,陸朝陽也將不久前往英國劍橋大學,國外的研究小組都很樂意接納他的學生。

良好的科研氣氛,先進的設備,與國際前沿小組聯系緊密,加上明確的目標和堅定的決心,年輕的潘建偉帶領著年輕的團隊,將中國多粒子糾纏態實驗研究帶入了國際領先水準。

女兒是最得意的成果

潘建偉的號召力,在中學時就體現出來了。高中畢業那年,喜歡探險的他鼓動了5個男生、4個女生騎車一起去雁蕩山旅行。他們每人兜裏隻有10多元錢,每到晚上,他就拿著學校開的介紹信到當地學校請求住宿。對潘建偉來說,這5天的探險經歷是非常開心和愉快的。同他一起探險的,有一位名叫樓小青的女同學,經常受到潘建偉的關心和照顧,後來,她成了潘建偉的終身伴侶。

樓小青一直默默支持他的事業,並隨著丈夫科學探險的腳步到世界各地奔波。後來,樓小青還放棄在奧地利的經濟學博士學位,成為專註于家庭的主婦。現在,他們有了一個2歲女兒,小名叫嘟嘟。潘建偉笑著說:"小孩是我最得意的成果,她什麽時候長牙,什麽時候走路,都是我關心的。"對他來說,一份自己熱愛的事業,一個和睦的家庭,是同樣重要的。

在德國海德堡,他經常到田野裏散步,當發現山地裏有野薺菜,他又像學生時代那樣,一定要撿拾薺菜回來吃。記者發現,他是以自己特有的方式,為自己做一次心靈的放松、心靈的自由。放松之後,他又以飽滿的精神投入到工作和學習中了。

整體發展才是最重要的

基于在未來20年內量子通信會有大規模運用,美國、歐盟、日本都非常重視這一領域。

郭光燦院士說,"在原創性研究領域,第二都是失敗!中國人要在科學研究上爭第一。從整體上講,中國量子通信研究處于部分領先,整體發展才是學科建設最重要的因素。如果有更多的人多做一些事,經過10年、20年的努力,中國的國力就會有很大提高。"

量子信息研究正朝著量子密碼、量子電腦、量子存儲三個方向發展,潘建偉正在思考,如何讓量子通信的整體研究能力得到提升。此時,在德國海德堡大學,潘建偉和國外同行進行著量子存儲合作研究,因為進行量子通信研究,沒有量子存儲這個技術基礎,研究將無法深入下去。

"我到德國海德堡大學參與合作研究,是為了學習量子存儲技術,在那裏可以提高自己,在量子存儲研究方面,海德堡大學是世界四個最高技術小組之一。三年的合作研究,我們已經在量子信息存儲研究方向上有了相當的技術積累。從明年開始,我的工作重心逐漸轉移到國內,以期早日在國內完成量子信息傳輸技術和存儲技術的綜合。"潘建偉教授說。

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