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中國僑界杰出人物：潘建偉

2018年08月28日15:31 來源：中國僑聯(lián)

潘建偉，中國科學技術大學常務副校長，主要從事量子物理基本問題檢驗、量子通信、量子模擬和計算等方面的研究。作為在國際上一直引領多光子糾纏操縱和量子信息實驗研究方面的學者之一，他取得了一系列有重要國際影響的研究成果，并將量子保密通信技術真正帶入現(xiàn)實應用。潘建偉已在包括Nature (14篇)、Science (2篇)、Nature子刊 (24篇)、PNAS (4篇)和Physical Review Letters (90篇)在內(nèi)的國際權威學術期刊上發(fā)表（含接受）論文240余篇，共被Web of Science引用14,000余次。

主要科研成績介紹如下：

1．多光子糾纏及其在量子隱形傳態(tài)、量子計算等方面的應用

潘建偉克服了多粒子糾纏制備這一實驗難題，在國際上首次實現(xiàn)多體糾纏性質(zhì)被嚴格驗證的多光子糾纏態(tài)，并利用多光子糾纏，以確定性的方式驗證了量子非定域性；開創(chuàng)了多粒子量子非定域性實驗檢驗和多光子糾纏這一重要研究方向。理論研究表明，糾纏的粒子數(shù)目越多，量子力學與定域?qū)嵲谡撝g的矛盾越尖銳。潘建偉及同事通過自主發(fā)展的高亮度高純度糾纏源和獨立光子干涉等技術，在國際上首次實現(xiàn)對五光子糾纏的操縱，為當時世界上所有物理系統(tǒng)的最多糾纏粒子數(shù)目，首次達到普適量子糾錯編碼必需的最少比特數(shù)目；之后，潘建偉及其同事多次打破并刷新自己的記錄，率先實現(xiàn)六光子、八光子和十光子糾纏，并保持紀錄至今。

在量子隱形傳態(tài)領域，潘建偉及其同事在國際上首次完成了對基本粒子（光子）單一自由度和多個自由度的量子隱形傳態(tài)的實驗演示，從原理上驗證了這一技術的可行性。

利用國際領先的多光子相干操縱技術，潘建偉及其同事率先建立多光子比特的初級量子計算機原型，并在這些物理平臺上開展了對量子邏輯門操作、糾錯碼、量子算法和量子模擬等方面的原理性測試和演示驗證，為將來建立更多量子比特的實用型量子計算機奠定理論和實踐基礎。

2．全面發(fā)展了用于保密量子通信的光量子傳輸方法，奠定了廣域量子通信的方法與科學基礎

潘建偉是國際上量子通信實驗領域的開拓者和先驅(qū)之一，并且?guī)ьI了在世界上唯一瞄準這一路線圖全面開展量子通信研究的團隊，取得了系統(tǒng)性的重要進展。

2.1解決了實用量子通信的兩大安全隱患，使得安全的量子通信網(wǎng)絡成為可能

通過發(fā)展誘騙態(tài)編碼和光纖偏振態(tài)保持等技術，潘建偉及其同事在國際上首次實現(xiàn)百公里量級的安全的誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)，成功解決了非理想單光子源帶來的安全性漏洞，奠定了基于光纖的城域量子通信的方法與科學基礎。為滿足更遠距離的城市之間的信息安全需求，潘建偉及其同事發(fā)展了基于可信中繼的城際量子通信關鍵技術，并為構建國際上首條千公里級量子通信骨干網(wǎng)“京滬干線”提供了堅實的技術支撐。

2.2 從理論上提出并實驗實現(xiàn)了基于冷原子量子存儲的量子中繼基本單元，在原理上證明了大尺度量子通信的可行性

潘建偉及其同事在該方向開展了系統(tǒng)性創(chuàng)新研究，取得了一系列開創(chuàng)性的重要成果，包括：首次實驗實現(xiàn)了量子糾纏交換；提出了利用現(xiàn)有技術可實現(xiàn)的糾纏純化的理論方案，并利用該方案成功實現(xiàn)了普適的糾纏純化，為遠距離量子通信和容錯量子計算克服環(huán)境噪聲提供了解決方案；發(fā)現(xiàn)了一種遠程量子存儲器之間魯棒的糾纏產(chǎn)生機制及基于冷原子系綜和線性光學的實用化量子中繼器方法，干涉儀穩(wěn)定性方面相對于之前的方法改進了7個數(shù)量級，從而使得現(xiàn)實的遠距離量子通信的實驗研究成為可能；在此基礎上，利用冷原子量子存儲，實現(xiàn)了具有存儲和讀出功能的糾纏交換，實現(xiàn)了量子中繼器基本單元；發(fā)展了國際上綜合性能最好的量子存儲器，可支持500公里距離的光纖量子通信。上述成果為城際量子通信的實現(xiàn)奠定了科學和技術基礎。

2.3自由空間遠距離量子通信的引領性實驗研究

2005年，潘建偉及其同事通過在合肥城區(qū)的13公里自由空間量子糾纏和密鑰分發(fā)，在國際上率先證明糾纏光子在穿透等效大氣厚度的地面大氣后，糾纏仍然能夠保持，證明了星地量子通信的可行性。2010年，潘建偉及其同事在北京長城實現(xiàn)了16公里的自由空間量子隱形傳態(tài)，進一步驗證了自由空間量子隱形傳態(tài)的可行性。2012年，通過自主發(fā)展高亮度、高純度量子糾纏源、高精度的時間同步和光跟瞄技術，潘建偉及其同事在青海湖首次實現(xiàn)了基于四光子糾纏的百公里量級的自由空間量子態(tài)隱形傳輸和雙向糾纏分發(fā)，嚴格證明，無論是從高損耗的地面指向衛(wèi)星的上行通道鏈路，或是從衛(wèi)星指向兩個地面站的雙通道下行鏈路，實現(xiàn)量子態(tài)隱形傳輸和量子糾纏分發(fā)都是可行的，這為基于衛(wèi)星的廣域量子通信和大尺度的量子力學基礎原理檢驗的實現(xiàn)奠定了堅實的基礎，而且也將為空間尺度的量子力學基礎檢驗提供一個全新的實驗平臺。

在以上奠基性實驗的基礎上，潘建偉團隊牽頭實施了中科院“量子科學實驗衛(wèi)星”戰(zhàn)略性先導專項。在專項的支持下，國際上首顆量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”于2016年8月在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，并成功完成了全部預定的科學實驗任務。

除了上述潘建偉及同事在量子物理基本原理檢驗和光量子信息處理方面的成果外，近年來他在超冷原子量子調(diào)控方面也取得了系列原創(chuàng)性進展。潘建偉及同事系統(tǒng)性發(fā)展了超冷原子實驗操控技術，對自旋-軌道耦合、玻色-費米雙超流體、超冷分子化學反應動力學等開展了研究，取得了系列重要突破，已成為國際上超冷原子量子調(diào)控實驗研究最優(yōu)秀的幾個團隊之一。

這些先驅(qū)性的系統(tǒng)工作贏得了國際學術界的廣泛認可和高度評價，引領和推動了量子信息技術尤其是量子通信技術基礎研究和應用基礎研究的熱潮。相關研究成果多次入選兩院院士評選的“年度中國十大科技進展新聞” （12次）、英國物理學會評選的 “年度物理學重大進展（Highlights of the year）”（7次）、美國物理學會評選的“年度物理學重大事件（The top physics story for the year）”（5次）、《自然》雜志評選的年度重大科學事件（3次）。

綜上所述，潘建偉領銜的中國科大團隊開展的系統(tǒng)性實驗研究工作，已經(jīng)使得量子信息已成為我國為數(shù)不多的在國際上占據(jù)優(yōu)勢的研究領域�！蹲匀弧冯s志在其2017年度重大科學事件中指出：“國際同行們正在努力追趕中國，中國現(xiàn)在顯然是量子衛(wèi)星的世界領導者；”英國《新科學家》“中國崛起”特刊中，以“創(chuàng)新國度：人民的量子計算機”為題專門報道了該團隊，并評論道：“中國科大——因而也是整個中國——已經(jīng)牢牢地在量子計算的世界地圖上占據(jù)了一席之地�！�

(責編：徐雨融、劉奇)