潘建伟
为量子计算铺平道路
2008年1月20日，中国科学技术大学潘建伟教授的成果，“实现六光子薛定谔猫态”入选2007年中国十大科技进展新闻。这是潘建伟信息与量子物理创新群体的研究成果，在最近五年内第四次入选“中国十大科技进展”。
潘建伟等通过对多光子操纵技术的进一步发展，实现了由六个光子极化状态相干叠加形成的薛定谔猫态，并在同一装置上实现了可以直接用于量子计算的六光子簇态。该项研究成果以封面标题的形式发表在最新一期英国《自然》杂志的子刊《自然物理》上。审稿人给予高度评价，认为是“光学量子计算领域至今最先进的实验工作”，“一个出色的成就，为量子计算、量子纠错和量子力学基本问题的研究铺平了道路。”这一成果表明，我国在多粒子纠缠研究领域再次成功超越美国、德国和奥地利等发达国家，保持了国际领先水平。
量子纠缠是量子物理世界里面特有的奇异现象。这不仅是量子力学的基础，同时也是量子信息处理中的核心技术。研究发现，多粒子纠缠是研制具有超级计算能力的量子计算机的必备条件。因此，在很大程度上，一个国家多粒子纠缠操纵的发展水平就代表了其驾驭量子计算的能力。
猫态的概念，来自量子力学的奠基人之一薛定谔在1935年提出的一个著名的佯谬，即箱子里面的一只猫不是死的也不是活的，而是同时处于死和活的状态。尽管这种薛定谔猫态在宏观世界是不存在的，然而在微观世界里科学家们可以用光子或者原子来制造这样一种猫态。而簇态是近年来新发现的一种比猫态纠缠更加紧密的纠缠态，这种独特的性质使它成为单向量子计算机的物理载体。
潘建伟在指导学生
“第二都是失败”
潘建伟1970年3月出生在浙江东阳，1987年考入中国科技大学。中国科大浓郁的学习氛围对潘建伟的全面成长产生重要影响。他说：“当时我们班上的高考状元就有7个，同学们的素质都很高。我从同学们那里学到了很多，对音乐的浓厚兴趣，就是受大学同学的影响。全面发展对我的人生起了很大的作用。”1995年获得理论物理硕士学位，1996年到奥地利维也纳大学攻读博士学位，师从于量子力学的世界级大师塞林格。他从老师那里获得了许多量子信息前沿领域的最新知识，同时，潘建伟敏锐地感受到这一学科将是物理学未来发展的重要方向。从此以后，他密切追踪国际前沿，不断努力，持续创新，始终走在世界量子科技的前沿。
“在原创性研究领域,第二都是失败!”潘建伟认为，科学研究必须始终盯着“第一”做文章。1997年，潘建伟和他的同事首次成功地实现了量子态隐形传送，欧洲物理学会、美国物理学会分别评选该成果为1997年度世界物理学的十大进展之一。他们的量子纠缠态交换的研究成果，被《科学》杂志评选为1998年度全球十大科技进展之一。1999－2001年，他们首次成功实现三光子、四光子纠缠态，并利用多粒子纠缠态首次成功地实现了G HZ定理的实验验证。
远距离量子通信的飞跃
1999年5月英国《自然》杂志出版的庆祝美国物理协会成立100周年特刊，从百年来该杂志发表过的近代物理学论文中选出并刊登了各领域的21篇经典之作，潘建伟等完成的《量子态隐形传输实验研究》论文与1896年伦琴关于X射线的论文，1921年爱因斯坦介绍相对论发展的论文，1923年德布罗意关于波粒二象性的论文等一同入选。《自然》特刊称：“选登这些论文的目的在于祝贺物理学方面的原创性和普适性以及它对其他领域的促进。”那一年，潘建伟才29岁。
2001年,潘建伟入选“中科院引进国外杰出人才”后,回到中国科大,和他的硕士导师张永德教授以及同事杨涛、陈增兵等人白手起家,组建了量子物理与量子信息实验室。他带领科研人员专心从事量子信息基础和应用方面的研究,将我国多粒子纠缠态实验研究迅速带入国际领先水平。
2003年，潘建伟的科研团队首次成功地实现了自由量子态的隐形传送和纠缠态纯化以及量子中继器的成功实验。这一研究成果，从根本上解决了远距离量子通讯中由“退相干效应”带来的困难，并将极大地推动可容错量子计算的实验研究，被国际科学界誉为“远距离量子通信研究的一个飞跃”。他们的研究成果被欧洲物理学会评选为2003年度国际物理学十大进展，并获得2003年度奥地利科学院奖。
首次实现“五粒子纠缠态的制备与操纵”
“多粒子纠缠态的制备与操纵”是国际上量子物理与量子信息研究领域长盛不衰的研究热点。如何把量子纠缠应用到量子计算和量子通信中还面临着巨大挑战，为确保量子计算的可靠性，就必须掌握量子纠错这一最关键的技术。潘建伟教授和他的同事杨涛、赵志等在中国科学院知识创新工程、科技部“973”计划和国家自然科学基金委项目支持下，经三年艰苦努力，终于攻克了种种技术难关，2004年，在国际上首次实现了“五粒子纠缠态的制备与操纵”。该项成果刊发在《自然》杂志上，审稿人称赞说，“尽管五粒子纠缠以及终端开放的量子态隐形传输的实现非常困难，但是中国科学技术大学的潘建伟教授和他的同事们完成了这一壮举，他们的实验方法将在量子计算和网络化的量子通信中有重要的应用”。
潘建伟小组的开创性工作得到国际同行的高度评价，2004年12月1日，该研究组的论文“五光子纠缠和终端开放的量子态隐形传输”入选由美国物理学会评选的2004年度国际物理学十大进展，这是美国物理学会首次将中国科学家在国内取得的研究成果选入国际物理学年度十大进展。12月23日，该项成果入选欧洲物理学会评选的2004年度国际物理学十大进展。欧洲物理学会新闻网站在评述2004年国际物理学重要突破时指出：“今年许多重要的物理学进展都与一百年前爱因斯坦关于光量子理论以及相对论等工作一脉相承”；由于本年度“纯粹以及应用量子物理学”研究方向上取得了一系列重大突破，因而被选为年度国际物理学十大进展之首。
科学研究是追求内心的快乐
量子保密通信技术通过单一光子或纠缠光子来传送信息，由物理原理保证了其绝对安全性。但是由于光子在光纤中传输时容易被吸收而严重损耗，远距离光纤量子保密通信的难度较大。虽然科学家们已经在光纤量子密码的相关研究中取得了一定进展，光子在光纤中的大量损耗却使得量子密码在光纤中的最大传输距离被限制在100公里左右。
潘建伟教授领导的研究小组于2003年开始研究自由空间量子通信。他们选定位于合肥市郊海拔281米的大蜀山电视发射塔为第一个实验点，在此制备出成对的纠缠光子，再利用两个专门设计加工的发射望远镜将容易发散的细小光束“增肥”后向东西相距13公里的两个实验站送出。在该实验中，他们通过“自由空间纠缠光子的分发”，在国际上首次证明了纠缠光子在穿透等效于整个大气层厚度的地面大气后，其纠缠的特性仍然能够保持，并可应用于高效、安全的量子通信。这一研究成果为实现全球化的量子通信奠定了实验基础。英国《新科学家》以《长城—开启全球化量子通信之密匙》为题报道了这一工作以及他们未来的研究计划。
同年6月8日，欧洲物理学会授予潘建伟2005年度菲涅尔奖。8月20日，中国科协授予潘建伟“求是杰出科学家奖”，以表彰他在量子态隐形传输、量子纠缠纯化以及多光子纠缠等量子信息实验研究中做出的杰出贡献。
面对这一系列的荣誉，潘建伟比较淡然，他说：“得奖对科学家来说，是因为幸运而得到的奖赏，是对团队、集体工作的一种肯定，也是对祖国多年培养的回报。我从事科学研究的动力不是得奖，而是追求内心的快乐。”
追踪国际上最新的科研进展
潘建伟说，搞科学研究，首先是要追踪国际上最新的科研进展。一方面，自己要有想法，在树立目标的时候就应该知道什么是最重要的、什么是最困难的、什么是经过努力能够达到的；另一方面，要与国际同行加强交流。作为一个实验科学家，一不能脱离国际上的大的学术环境，二不能脱离国内的学术团队。“如果一个充满朝气和合作精神的科研团队每天都探索新的东西，同时又有机会与国外的同行交流，那么通过交流，你就会产生很多新的想法，日积月累，你会发现自己越做越好。这是我从事多年研究所获得的重要经验。”
良好的科研气氛，与国际前沿小组联系紧密，加上明确的目标和坚定的决心，年轻的潘建伟凝聚了一支以年轻博士生为主体、学术思想活跃、富有创新开拓精神、具有冲击国际前沿能力的学术队伍。作为一位领军人物,潘建伟以独到而具有前瞻性的眼光，领导着研究小组翱翔在量子科学的前沿。2006年，该研究小组关于“单光子量子态远程克隆”的研究成果再次入选美国物理学会国际物理学年度重大进展。
光子纠缠和量子计算的新记录
2007年，潘建伟研究小组成功制备出国际上纠缠光子数最多的薛定谔猫态和可以直接用于量子计算的簇态，刷新光子纠缠和量子计算领域的两项世界记录。之后又在国际上首次利用光量子计算机实现了Shor量子分解算法。
量子分解算法是在1995年由美国科学家PeterShor提出来的，是量子计算领域至今最为著名的算法。这个算法利用量子计算的并行性，可以快速分解出大数的质因子，使得量子计算机能够破解目前广泛使用的密码如RSA公钥加密系统，严重威胁到银行、网络和电子商务等的信息安全。因此，Shor算法的提出迅速掀起了世界各国对量子计算研究的巨大热情和大量资金投入，对现代经济、尤其是国家安全有着极其广泛和深远的影响。
为了实现真正具有量子特性的Shor算法，潘建伟小组选择光子比特这样一种抗退相干能力强、单比特操纵精确的物理体系，系统地发展了一套国际领先的多光子相干操纵和纠缠态制备的实验技术。通过艰苦的方案设计和实验摸索，潘建伟等与英国牛津大学同事合作，在国际上首次用光子比特，也是首次用真正的纯态量子系统，实验演示了关键性的Shor算法，实现了15=3×5这一质因子分解，并且确认了量子计算中多体纯纠缠的存在，验证了量子加速的根源问题。