量子通信是迄今唯一被嚴(yán)格證明的無條件安全通信方式，將對(duì)國家核心競(jìng)爭(zhēng)力的提升產(chǎn)生深刻影響。
2月25日，科技部在京發(fā)布了2015年度中國基礎(chǔ)研究十大進(jìn)展，包括：實(shí)現(xiàn)單光子多自由度量子隱形傳態(tài)；理論預(yù)言并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證外爾半金屬的存在；揭示埃博拉病毒演化及遺傳多樣性特征；實(shí)現(xiàn)對(duì)反物質(zhì)間相互作用力的測(cè)量；探測(cè)到宇宙早期最亮中心黑洞質(zhì)量最大的類星體等。
這些進(jìn)展充分展示了中國科學(xué)家在國際科技舞臺(tái)的風(fēng)采，個(gè)個(gè)都是貨真價(jià)實(shí)的原始創(chuàng)新。要么取得“重大突破”，要么具備“里程碑”意義，被國際同行發(fā)自內(nèi)心點(diǎn)贊。
“潘，你的夢(mèng)想是什么？”“我的夢(mèng)想是在中國建一個(gè)和這里一樣的世界一流的量子物理實(shí)驗(yàn)室?！?/p>
在2015年度國家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，中科院院士潘建偉代表所有得獎(jiǎng)?wù)甙l(fā)言。他領(lǐng)銜的項(xiàng)目獲國家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
發(fā)言時(shí)，潘建偉再度提到了這段關(guān)于夢(mèng)想的對(duì)話——那是上世紀(jì)90年代，帶著對(duì)量子世界一探究竟的好奇，潘建偉奔赴奧地利求學(xué)，第一次見到了自己的導(dǎo)師。
后來的故事如同一個(gè)夢(mèng)想成真的范本。
31歲，潘建偉回到中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)建立量子物理和量子信息實(shí)驗(yàn)室。在量子信息領(lǐng)域，有了他領(lǐng)銜的“夢(mèng)之隊(duì)”。2003年至今，團(tuán)隊(duì)6次入選歐洲物理學(xué)會(huì)評(píng)選的“年度物理學(xué)重大進(jìn)展”，5次入選美國物理學(xué)會(huì)評(píng)選的“年度物理學(xué)重大事件”；去年年底，歐洲物理學(xué)會(huì)公布了2015年度國際物理學(xué)領(lǐng)域的十項(xiàng)重大突破，潘建偉、陸朝陽等完成的“多自由度量子隱形傳態(tài)”位居榜首。
而更多類似的故事，已在“十二五”期間上演?？萍疾炕A(chǔ)司相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，“十二五”期間，我國基礎(chǔ)研究持續(xù)快速發(fā)展，整體上呈現(xiàn)從量變到質(zhì)變的加速發(fā)展態(tài)勢(shì)。
領(lǐng)跑量子通信
量子力學(xué)，聽起來就是那么不合常理。粒子可以處在“既在此地又在彼處”的疊加態(tài)；而處于糾纏態(tài)的粒子，還有著逆天的“心靈感應(yīng)”：縱使這對(duì)粒子遠(yuǎn)隔重洋，對(duì)其中一個(gè)進(jìn)行測(cè)量，另一個(gè)的狀態(tài)也會(huì)瞬時(shí)發(fā)生改變。
多光子糾纏和干涉度量學(xué)是潘建偉帶領(lǐng)的“夢(mèng)之隊(duì)”的核心研究內(nèi)容之一。讓多個(gè)光子產(chǎn)生糾纏，是利用光子做量子隱形傳態(tài)和量子計(jì)算的必要前提。2012年，“夢(mèng)之隊(duì)”打破了自己的紀(jì)錄，在世界上第一個(gè)實(shí)現(xiàn)了八光子糾纏。
利用量子糾纏的特性，可以將粒子的性質(zhì)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。2015年，潘建偉團(tuán)隊(duì)在世界上首次實(shí)現(xiàn)了單光子多自由度的量子隱形傳態(tài)，“從基礎(chǔ)研究的觀點(diǎn)來說，我們首次證明一個(gè)粒子所有的性質(zhì)在原理上都是可以被傳輸?shù)?。?/p>
在基礎(chǔ)研究的基石之上，量子通信的大廈正拔地而起。量子通信是迄今唯一被嚴(yán)格證明的無條件安全通信方式，將對(duì)國家核心競(jìng)爭(zhēng)力的提升產(chǎn)生深刻影響。
僅僅是今年，量子通信領(lǐng)域至少會(huì)發(fā)生兩件大事：目前在建的“京滬干線”將交付，它將成為全球首個(gè)距離最遠(yuǎn)的廣域光纖量子通信保密骨干線路；潘建偉擔(dān)任首席科學(xué)家的量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星也將發(fā)射升空。“京滬干線”和“量子衛(wèi)星”相結(jié)合，可以初步構(gòu)建中國的廣域量子通信體系，為其率先建成全球化的量子通信衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)奠定基礎(chǔ)。
捕捉“幽靈粒子”
就在潘建偉團(tuán)隊(duì)收到《物理世界》關(guān)于入圍“2015年度國際物理學(xué)十大突破”電子郵件的十幾天前，中科院高能物理所所長王貽芳走進(jìn)美國宇航局艾姆斯研究中心，出席2016科學(xué)突破獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)典禮——這是中國科學(xué)家和以中國科學(xué)家為主的實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)第一次獲此殊榮。
它是對(duì)大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)新的中微子振蕩模式的嘉獎(jiǎng)。王貽芳接受采訪時(shí)說：“這是對(duì)我們過去十幾年努力的認(rèn)可與獎(jiǎng)勵(lì)，希望能鼓勵(lì)后來者更加努力?！?/p>
大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)是一個(gè)規(guī)模龐大的國際合作項(xiàng)目，啟動(dòng)于2006年。其中，主力隊(duì)員來自于中科院高能物理研究所，王貽芳是項(xiàng)目的中方負(fù)責(zé)人。
中微子是一種不帶電、質(zhì)量極其微小的基本粒子，在目前已知的構(gòu)成物質(zhì)世界的12種基本粒子中，中微子占了四分之一。它還有特殊的“變身技巧”：一種中微子在飛行中可以變成另一種中微子。目前，已經(jīng)證明確實(shí)存在3種中微子，這3種中微子之間相互振蕩，應(yīng)該有3種模式；但是，在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)兩種模式之后，第三種振蕩則一直未被發(fā)現(xiàn)，一度被懷疑“或許并不存在”。
在深圳市區(qū)以東大亞灣排牙山下的巖洞里，項(xiàng)目組捕捉到了中微子的第三種振蕩模式。2012年8月，王貽芳在北京宣布，利用大亞灣核反應(yīng)堆群產(chǎn)生的大量中微子，尋找并精確測(cè)量到一種新的中微子振蕩。
該成果被世界權(quán)威學(xué)術(shù)雜志——美國《科學(xué)》評(píng)選為2012年度十大科學(xué)突破之一，并獲得了2014年美國物理學(xué)會(huì)粒子物理最高獎(jiǎng)——潘諾夫斯基獎(jiǎng)，2015年日經(jīng)亞洲成就獎(jiǎng)和2016年基礎(chǔ)物理學(xué)突破獎(jiǎng)。
《科學(xué)》雜志在線版“科學(xué)此刻”欄目評(píng)價(jià)說：“此次成果完成了一幅中微子的概念圖，這為‘中微子與反中微子行為間不對(duì)稱’的實(shí)驗(yàn)鋪平了道路，將可以解釋為何現(xiàn)在的宇宙中有如此多物質(zhì)，卻只有一丁點(diǎn)兒反物質(zhì)這一問題。”
目前，中國主持的第二個(gè)大型中微子試驗(yàn)站江門中微子試驗(yàn)站已經(jīng)正式啟動(dòng)建設(shè)。它的規(guī)模比大亞灣大100倍，預(yù)計(jì)2020年完成建設(shè)開始運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)建造的中微子探測(cè)器將是世界上能量精度最高、規(guī)模最大的液體閃爍體探測(cè)器。這一實(shí)驗(yàn)的啟動(dòng)標(biāo)志著我國中微子實(shí)驗(yàn)研究從起步到跨越的轉(zhuǎn)變。
大有作為的時(shí)代
當(dāng)然，量子通信、中微子振蕩，只是“十二五”以來，我國基礎(chǔ)研究領(lǐng)域成就交響曲的其中兩段樂章。
500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡在黔南仰望星空，它將為天文基礎(chǔ)研究等眾多領(lǐng)域提供發(fā)現(xiàn)和突破的條件；暗物質(zhì)探測(cè)衛(wèi)星“悟空”升空，它有很大潛力來加深人類對(duì)于高能宇宙射線的起源和傳播機(jī)制的理解……在科學(xué)工程之外，具有世界影響的科學(xué)成果也不斷涌現(xiàn)，我國科學(xué)家擁有了多個(gè)“首次”：首先發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)變溫度40K以上的鐵基超導(dǎo)體，并發(fā)現(xiàn)一系列的50K以上的鐵基超導(dǎo)體；首次實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到量子反?；魻栃?yīng)，這將推動(dòng)未來無能耗電子學(xué)的發(fā)展，有望加速推進(jìn)信息技術(shù)革命的進(jìn)程；首次成功發(fā)現(xiàn)具有“手性”的無質(zhì)量電子——外爾費(fèi)米子，為低能耗電子器件和未來量子計(jì)算的發(fā)展提供了新途徑；首次解析了裂殖酵母剪接體、與阿爾茲海默癥發(fā)病相關(guān)的人源膜整合蛋白酶復(fù)合物、已知最大鈣離子通道受體、人源葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等三維結(jié)構(gòu)，為生命科學(xué)相關(guān)研究提供了一系列重要的結(jié)構(gòu)線索……在人類探索新知的路上，中國科學(xué)家正成為重要的同行伙伴，為人類知識(shí)創(chuàng)新做出更大貢獻(xiàn)。
全國政協(xié)副主席、科技部部長萬鋼在“十二五”科技改革和創(chuàng)新發(fā)展新聞發(fā)布會(huì)上指出：“近些年來，我們?cè)诒M可能地提高基礎(chǔ)研究的投入?！彼貏e強(qiáng)調(diào)，對(duì)于基礎(chǔ)研究的保障，將從4個(gè)方面進(jìn)行：完善支持基礎(chǔ)研究的體制機(jī)制；強(qiáng)化前瞻布局；加強(qiáng)基礎(chǔ)研究基地建設(shè)和基礎(chǔ)研究人才的培養(yǎng)；同時(shí)，讓企業(yè)重視基礎(chǔ)研究，促進(jìn)企業(yè)創(chuàng)新能力的提升。
“聚焦重大需求，重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃對(duì)面向未來的量子通信、干細(xì)胞、環(huán)境保護(hù)等方面基礎(chǔ)研究進(jìn)行重點(diǎn)支持；對(duì)那些面向未來的探索，包括物質(zhì)科學(xué)、中微子探索、引力波探索等，按照我國國力給予相應(yīng)部署。”萬鋼多次提到“面向未來”，這邁向未來的道路，就要靠基礎(chǔ)研究打下路基。
回到今年的國家科技獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)吧。
在那次發(fā)言中，潘建偉還拋出了這樣一句話：“這是一個(gè)可以大有作為的偉大時(shí)代。”
當(dāng)時(shí)臺(tái)下，掌聲經(jīng)久未息。
?。ㄔd于《科技日?qǐng)?bào)》 2016-03-05 09版）
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