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量子競(jìng)逐:誰(shuí)將主導(dǎo)新科技時(shí)代?

2019/9/30 16:36:30 來(lái)源:網(wǎng)易科技 作者:章劍鋒 責(zé)編:遠(yuǎn)洋

一、39年前,“海歸”與“土鱉”會(huì)師

1983年6月中旬,在美國(guó)紐約州羅切斯特大學(xué),一連三天舉辦由美國(guó)空軍科研局資助的“相干和量子光學(xué)會(huì)議”,30個(gè)國(guó)家的310名代表出席這次會(huì)議,現(xiàn)場(chǎng)也有一些中國(guó)面孔,吳令安、郭光燦、彭堃墀、鄧質(zhì)方(后未在量子領(lǐng)域發(fā)展)等人就在其中。

郭光燦院士

吳令安當(dāng)時(shí)是在美國(guó)留學(xué),郭光燦和彭堃墀則是訪問(wèn)學(xué)者。

那時(shí)候,量子科學(xué)在西方發(fā)展已超過(guò)60年,已經(jīng)有了諾貝爾獎(jiǎng)得主,而“相干和量子光學(xué)會(huì)議”在美國(guó)也已經(jīng)舉辦了四屆,吳令安等人參加的是第五屆1(《激光與光電子學(xué)進(jìn)展雜志》)。對(duì)他們這些中國(guó)年輕科研工作者來(lái)講,量子光學(xué)還是很新鮮的一門學(xué)科。

吳令安記得,6月大熱天的暑夜,在鄧質(zhì)方家中,他們吃著西瓜、冰激淋,徹夜交流,一晚上的話題幾乎都與量子光學(xué)有關(guān),雖然不少人對(duì)此還是半懂不懂,卻富有熱情。

“我們大家都很激動(dòng),覺(jué)得這是一個(gè)新的研究領(lǐng)域”,吳令安對(duì)網(wǎng)易科技《后廠村7號(hào)》記者說(shuō),當(dāng)時(shí)有人就表態(tài),要回國(guó),“開(kāi)展新的研究方向,開(kāi)展前沿的研究方向?!?/p>

(在羅徹斯特大學(xué)合影。前排左一:郭光燦,左三:吳令安,后排左三:彭堃墀/照片由吳令安提供)

幾個(gè)人中,郭光燦和彭堃墀先行回國(guó),分別回到自己的原單位中國(guó)科技大學(xué)和山西大學(xué)開(kāi)展量子光學(xué)研究工作,吳令安則留美讀書,一直到1987年拿到博士學(xué)位后,才回國(guó)。

在此之前,國(guó)內(nèi)本土的一批科研工作者已經(jīng)陸續(xù)在量子科學(xué)領(lǐng)域開(kāi)展自己的研究工作。據(jù)《后廠村7號(hào)》記者采訪了解,如北京大學(xué)王義遒(激光冷卻原子)、北京大學(xué)曹昌琪(量子光學(xué))、蘭州大學(xué)汪志誠(chéng)(量子光學(xué))、華中師范大學(xué)彭金生(量子光學(xué))、中科院上海光電所王育竹(激光冷卻原子)、中科院上海光電所譚維翰(量子光學(xué))、中國(guó)計(jì)量研究院李天初(原子鐘)等,都是這一領(lǐng)域早期的代表人物。

“70年后期,原來(lái)的老先生們是物理專業(yè)基礎(chǔ),在改革開(kāi)放以后,就是圍繞自己的基礎(chǔ),看文獻(xiàn),發(fā)現(xiàn)這方面可以做,那就做起來(lái)了。以自發(fā)的居多。”汪志誠(chéng)的研究生張智明告訴《后廠村7號(hào)》記者,“當(dāng)時(shí)比較零散,還沒(méi)形成氣候。”

張智明也是在跟著老師求學(xué)的時(shí)候,于1980年代初期自然而然走上量子光學(xué)研究道路的?,F(xiàn)在他是華南師范大學(xué)信息光電子科技學(xué)院的教授,研究量子光學(xué)、量子信息和冷原子物理,主持和參加過(guò)國(guó)家自然基金委和教育部的十幾個(gè)科研項(xiàng)目。

1984年,也就是回國(guó)第二年,郭光燦向中國(guó)科大爭(zhēng)取到了2000多塊錢的經(jīng)費(fèi),在安徽省滁州市瑯琊山瑯琊寺組織召開(kāi)了全國(guó)第一屆量子光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議,當(dāng)時(shí)50多人與會(huì),其中不乏好奇心驅(qū)動(dòng)前去參會(huì)的。

(1984年首屆全國(guó)量子光學(xué)討論會(huì)全體留影/照片由張智明提供)

參加了這次會(huì)議的張智明告訴《后廠村7號(hào)》記者,這次學(xué)術(shù)會(huì)議的標(biāo)志性之處,就是使本土和海歸兩股量子科學(xué)研究力量匯流到了一起,原來(lái)大家都是埋頭各干各的,交流也不多。“國(guó)外回來(lái)的,可以說(shuō)對(duì)國(guó)內(nèi)起了很大的作用,當(dāng)時(shí)文獻(xiàn)交流也不方便,他們從國(guó)外帶回一些最新的信息,把大家組織起來(lái),促進(jìn)這個(gè)事情?!?/p>

二、沒(méi)有條件,創(chuàng)造條件也要干

1991年,郭光燦出版國(guó)內(nèi)第一部中文專業(yè)著作——《量子光學(xué)》,這被譽(yù)為國(guó)內(nèi)量子光學(xué)的啟蒙之作。此后,他又在世界上第一個(gè)做出量子避錯(cuò)碼,第一個(gè)提出量子概率克隆原理。1(安徽日?qǐng)?bào))

同樣回到國(guó)內(nèi)的彭堃墀,則在山西大學(xué)開(kāi)辦了光電研究所,是國(guó)內(nèi)第一個(gè)開(kāi)展量子壓縮態(tài)(擠壓態(tài))實(shí)驗(yàn)的科學(xué)家,后來(lái)的研究成果不僅受到同行稱贊,在國(guó)際上也具有顯示度。山西省方面很支持他的研究,在他回國(guó)前就給了數(shù)額不菲的經(jīng)費(fèi),還是美金。

“在美國(guó)就買了各種設(shè)備,大到光學(xué)平臺(tái),小到萬(wàn)用表,都趕快買,跨過(guò)太平洋運(yùn)回國(guó)?!眳橇畎矊?duì)彭堃墀當(dāng)時(shí)在美國(guó)大手筆采購(gòu)科研設(shè)備記憶猶新。

幾年前,在彭堃墀的實(shí)驗(yàn)室里,張智明問(wèn)彭,如今的實(shí)驗(yàn)室條件,和當(dāng)年美國(guó)那邊相比,水準(zhǔn)怎么樣?彭很自豪地告訴他,現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)室條件,比美國(guó)那邊好多了。

回國(guó)后,彭堃墀在量子信息領(lǐng)域的研究取得了一系列原創(chuàng)性的成果,他所領(lǐng)導(dǎo)的山西大學(xué)光學(xué)學(xué)科和實(shí)驗(yàn)室,也相繼成為國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科和國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。

2003年,彭堃墀和郭光燦一同當(dāng)選為中國(guó)科學(xué)院院士。

晚于他們回國(guó)的吳令安,1986年在她的美國(guó)導(dǎo)師德州大學(xué)奧斯汀分校物理系教授H. Jeff Kimble(杰夫.金布爾)的指導(dǎo)下,首次用光參量諧振腔實(shí)現(xiàn)光壓縮態(tài),壓縮率高達(dá)4.3dB,創(chuàng)63%壓縮率的世界紀(jì)錄,吳令安為第一作者,文章入選美國(guó)物理學(xué)會(huì)相關(guān)的論文集。有采訪對(duì)象告訴《后廠村7號(hào)》記者,這是當(dāng)時(shí)世界上做得最好的一項(xiàng)量子光研究工作,憑此,就奠定了吳令安在量子光學(xué)領(lǐng)域的地位。

1987年拿到博士學(xué)位,吳令安回到中科院物理研究所工作,艱難開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。

冬、春兩季,北京沙塵暴頻繁,即使把窗戶都封閉,光學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備也會(huì)被污染。

“大功率的激光器,光功率很強(qiáng),光束打在鏡子上,它會(huì)把空氣里的有機(jī)分子燒在鏡片上,就污染了。一污染,它的反射率就下降了?!眳橇畎舱f(shuō),當(dāng)時(shí)不像現(xiàn)在有超凈室。據(jù)她所知,彭堃墀在山西大學(xué)也面臨同樣的問(wèn)題,也是折騰好多年。

最開(kāi)始,吳令安也想像彭堃墀那樣,做擠壓態(tài)實(shí)驗(yàn),但是條件不具備,折騰了幾番,覺(jué)得太難了,也就放棄了,轉(zhuǎn)向所需條件不那么苛刻的新方向——量子通信研究。

(圖為吳令安當(dāng)年?yáng)|拼西湊起來(lái)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備)

在沒(méi)有任何經(jīng)費(fèi)支持下,吳令安自己動(dòng)手,拼拼湊湊,自制組裝和設(shè)計(jì)了各種實(shí)驗(yàn)設(shè)備。1995年她實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)第一個(gè)自由空間量子密鑰分發(fā)演示實(shí)驗(yàn),論文發(fā)表在當(dāng)年國(guó)內(nèi)《量子光學(xué)學(xué)報(bào)》的創(chuàng)刊號(hào)上。

潘建偉院士

就這樣,她成為國(guó)內(nèi)最早開(kāi)始量子密碼通信實(shí)驗(yàn)研究的科學(xué)家。從時(shí)間上看,她的工作要比后來(lái)的潘建偉院士早十年多,當(dāng)時(shí)后者還在中科大讀書。

(吳令安與合者們?cè)趪?guó)內(nèi)發(fā)表的實(shí)驗(yàn)論文)

研究要持續(xù)下去,必然需要經(jīng)費(fèi)支持,吳令安當(dāng)時(shí)覺(jué)得,量子保密通信在國(guó)防上比較適用,應(yīng)該受軍隊(duì)歡迎,由于發(fā)表了論文,名聲在外,她后來(lái)真被部隊(duì)請(qǐng)去做了報(bào)告,不過(guò)在當(dāng)時(shí)量子通信還顯得太超前,她主動(dòng)找個(gè)別單位接洽,人家根本就不感興趣,要么就是聽(tīng)不懂。

最后還是中科院信息安全實(shí)驗(yàn)室,一聽(tīng)她介紹量子密鑰分發(fā),就明白其前景了,與她合作申請(qǐng)到一筆中科院院長(zhǎng)基金。

吳令安說(shuō),比之于自己的小打小鬧,郭光燦更能干一些,開(kāi)始找的不是軍隊(duì)或政府部門,而是反其道行之,“他找到中國(guó)銀行,找這樣有業(yè)務(wù)需求的一些單位?!?/p>

郭光燦傾向于走產(chǎn)學(xué)研發(fā)展路子,他曾對(duì)人說(shuō),自己早有意識(shí),“量子技術(shù)走向市場(chǎng)化,光靠學(xué)校是不行的,學(xué)校就是研究機(jī)構(gòu),產(chǎn)業(yè)化一定要有公司的力量幫助”。2(《電子工程世界》)

在從事量子科研的過(guò)程中,郭光燦一度被人質(zhì)疑是在搞偽科學(xué),申請(qǐng)科研項(xiàng)目,也屢有碰壁。經(jīng)過(guò)多年的活動(dòng)和努力,2001年,他申請(qǐng)的第一個(gè)量子通信和量子信息技術(shù)的國(guó)家“973”項(xiàng)目終獲通過(guò)。3(安徽日?qǐng)?bào))

當(dāng)時(shí)有八個(gè)課題,郭光燦任首席科學(xué)家,同時(shí)拉了一支研究隊(duì)伍參與,當(dāng)年在美國(guó)的吳令安、彭堃墀也都是其中的成員,分別擔(dān)任課題組長(zhǎng)。潘建偉這一年留學(xué)歸來(lái),也在其中擔(dān)任了相關(guān)課題的負(fù)責(zé)人。

2013年,具有全部自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的世界首個(gè)量子政務(wù)網(wǎng)在安徽蕪湖建成,也是郭光燦團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)研制。郭的單位中科大當(dāng)年宣稱,這標(biāo)志中國(guó)量子保密通信技術(shù)正式步入應(yīng)用軌道。4(中國(guó)科技大學(xué)官網(wǎng))

屬于中國(guó)的量子科學(xué)的黃金年代,就是這樣,一腳深一腳淺地在包括他們?cè)趦?nèi)許多研究人員的摸爬滾打中拉開(kāi)。

三、美國(guó)人問(wèn):潘建偉是什么人?

2017年9月29日,中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)白春禮與奧地利科學(xué)院院長(zhǎng)安東·塞林格分別在北京和維也納兩地進(jìn)行了一次頗不尋常的遠(yuǎn)程視頻通話。

根據(jù)新華視點(diǎn)的報(bào)道,這次通話的信號(hào)路線,先通過(guò)“京滬干線”北京控制中心與“墨子號(hào)”衛(wèi)星興隆地面站的連接,打通天地一體化廣域量子通信的鏈路,然后通過(guò)“墨子號(hào)”與奧地利地面站接通,實(shí)現(xiàn)了相距7000公里量子加密通話。

這次歷史性的視頻通話,在北京海淀區(qū)西北旺地區(qū)一處寫字樓里面進(jìn)行?!逗髲S村7號(hào)》記者今年9月份造訪了該地點(diǎn)。

“與奧地利方面的量子加密視頻會(huì)議就在這里,通過(guò)這個(gè)屏幕進(jìn)行的?!痹趬ι蠏熘粔K大屏幕、擺著黑色真皮座席的會(huì)議區(qū)域,引導(dǎo)參觀的國(guó)科量子專家金西(化名)對(duì)記者說(shuō)。

這個(gè)地點(diǎn),既是中國(guó)首條量子通信干線“京滬干線”北京控制中心,又是天地一體化廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)的展示廳。

所謂天地一體,天是指“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)通信衛(wèi)星,地是指京滬量子通信干線及其沿線城域網(wǎng),二者均由中科院統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)。金西所在的國(guó)科量子通信網(wǎng)絡(luò)有限公司,是中國(guó)科學(xué)院下屬實(shí)體企業(yè),主要職能是負(fù)責(zé)以“墨子號(hào)”衛(wèi)星和“京滬干線”為基礎(chǔ)、由國(guó)家發(fā)改委支持的新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施“國(guó)家廣域量子保密通信骨干網(wǎng)絡(luò)”的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)。

2016年8月16日,墨子號(hào)衛(wèi)星發(fā)射升空,這是全世界第一個(gè)量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星。根據(jù)相關(guān)研究人員介紹,墨子號(hào)衛(wèi)星完成了計(jì)劃中的三個(gè)科學(xué)目標(biāo):地星的量子密鑰分發(fā)、星地的量子糾纏分發(fā),以及地星的量子隱形傳態(tài)。這枚衛(wèi)星目前還在軌道上正常運(yùn)行著。

2017年9月,全長(zhǎng)2000多公里的量子通信京滬干線全線貫通,采用光纖傳輸量子信號(hào),實(shí)現(xiàn)兩地量子保密通信,同時(shí)它的北京接入點(diǎn)與墨子號(hào)衛(wèi)星連接,突破了地面光纖傳輸?shù)木嚯x短板,有觀點(diǎn)認(rèn)為,這使得量子通信全球覆蓋的實(shí)現(xiàn)成為可能。

這背后,有一個(gè)科學(xué)家的名字無(wú)可忽略,他就中國(guó)科學(xué)院院士、著名物理學(xué)家潘建偉——他是兩個(gè)項(xiàng)目的首席科學(xué)家。

潘建偉從中科大碩士畢業(yè)后,于1996年前往奧地利維也納大學(xué)留學(xué),師從量子實(shí)驗(yàn)科學(xué)家塞林格(也即前面提到的奧地利科學(xué)院長(zhǎng)),師生合作實(shí)現(xiàn)了量子隱形傳輸實(shí)驗(yàn),當(dāng)年被美國(guó)《科學(xué)》雜志列為年度全球十大科技進(jìn)展。

2001年,潘建偉被中國(guó)科學(xué)院作為國(guó)外杰出人才引進(jìn)回國(guó),回到中國(guó)科技大學(xué)組建自己的研究團(tuán)隊(duì)。15年后,他成了中國(guó)量子通信方面的領(lǐng)軍科學(xué)家之一,旗幟般的人物。

“我就說(shuō)建偉是我們的民族英雄,因?yàn)槲覀冊(cè)趪?guó)際上能夠引領(lǐng)的東西還不太多,量子通信是為數(shù)不多的一個(gè)領(lǐng)域。”在今年夏天的一場(chǎng)學(xué)術(shù)會(huì)議上,《后廠村7號(hào)》記者聽(tīng)到量子科學(xué)領(lǐng)域的一位中科院院士莫莫(化名)如是提到。

在他眼里,潘建偉的學(xué)術(shù)影響力提升了中國(guó)人在國(guó)際上的辯識(shí)度,也增強(qiáng)了他們的信心。莫莫去美國(guó)的時(shí)候,發(fā)現(xiàn)普通到連房東都在關(guān)注墨子號(hào)衛(wèi)星,打聽(tīng)“潘建偉是什么人?”

2018年冬天,潘建偉獲評(píng)為100位改革開(kāi)放先鋒人物,這是國(guó)家對(duì)改革開(kāi)放40年涌現(xiàn)的各領(lǐng)域杰出人物的最高獎(jiǎng)賞。

四、錢有了,人也有了

中國(guó)在量子科學(xué)上取得進(jìn)步,據(jù)《后廠村7號(hào)》記者采訪所知,這與國(guó)家的重視和投入密不可分。

“現(xiàn)在量子通訊、量子信息納入國(guó)家優(yōu)先發(fā)展戰(zhàn)略國(guó)家的國(guó)策,”莫莫院士說(shuō),新市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)下的舉國(guó)體制,是中國(guó)量子科學(xué)的制勝法寶,“在大量的工程方面,中國(guó)有這個(gè)優(yōu)勢(shì)。”

2015年,科技部將973計(jì)劃、863計(jì)劃等整合而成國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃,量子調(diào)控與量子信息此后成為計(jì)劃中的未來(lái)科研經(jīng)費(fèi)重點(diǎn)投向領(lǐng)域。

這一計(jì)劃扶持的科研項(xiàng)目特點(diǎn)是:事關(guān)國(guó)計(jì)民生的重大社會(huì)公益性研究,事關(guān)產(chǎn)業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力、整體自主創(chuàng)新能力和國(guó)家安全的重大科學(xué)技術(shù)問(wèn)題,突破國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展主要領(lǐng)域的技術(shù)瓶頸。5(科技部官網(wǎng))

“如果沒(méi)有國(guó)家強(qiáng)大的經(jīng)費(fèi)支持,就沒(méi)有辦法做那些實(shí)驗(yàn),只能光在紙上談兵了,”張智明對(duì)《后廠村7號(hào)》說(shuō),在量子科學(xué)等基礎(chǔ)研究方面,國(guó)家經(jīng)費(fèi)支持強(qiáng)度很大,普通項(xiàng)目也都能申請(qǐng)到七八十萬(wàn),而一些受重視的大團(tuán)隊(duì),要人有人要錢有錢,“有些項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)多達(dá)數(shù)千萬(wàn)、上億元”。

研究力量也在擴(kuò)增,從廣義量子科學(xué)層面(包括量子光學(xué)、量子計(jì)算等學(xué)科)來(lái)看,如今放眼全國(guó),據(jù)說(shuō)研究人數(shù)規(guī)模達(dá)到三、五千人之多。

張智明向《后廠村7號(hào)》粗略地劃分了當(dāng)今國(guó)內(nèi)有代表性和影響力的研究力量,廣義的量子科研層面,有清華大學(xué)薛其坤院士、中科院物理所向濤院士、中國(guó)工程物理研究院孫昌璞院士、中國(guó)科大杜江峰院士等一批科學(xué)家代表。

而在量子光學(xué)方面的研究力量分布:一支在中國(guó)科大,以郭光燦院士、潘建偉院士?jī)纱髨F(tuán)隊(duì)為主要代表;一支在山西大學(xué),以彭堃墀院士的光電研究所為代表。其他的則有浙江大學(xué)朱詩(shī)堯院士團(tuán)隊(duì);上海交通大學(xué)張衛(wèi)平教授團(tuán)隊(duì);清華大學(xué)以龍桂魯教授、王向斌教授等人為代表的相關(guān)研究團(tuán)隊(duì);中國(guó)科學(xué)院上海光機(jī)所王育竹院士為代表的團(tuán)隊(duì)等。

張智明留意到,比之于1984年50多人的瑯玡寺會(huì)議,2018年的全國(guó)量子光學(xué)會(huì)議的參會(huì)人數(shù)達(dá)了700人以上。

今年8月,在安徽省滁州市瑯琊山瑯琊寺故地,中國(guó)物理學(xué)會(huì)量子光學(xué)專業(yè)委員會(huì)舉辦了光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議35周年紀(jì)念會(huì),將郭光燦、吳令安等老海歸和本土前輩科學(xué)家請(qǐng)去,特別安排獻(xiàn)花環(huán)節(jié),向他們當(dāng)年推動(dòng)量子光學(xué)發(fā)展致意。

(35周年紀(jì)念會(huì)合影。左五為吳令安,左六為郭光燦,后排為照片提供者張智明)

隊(duì)伍壯大的同時(shí),國(guó)內(nèi)量子科研的水平據(jù)稱也大大提高。與會(huì)的張智明說(shuō),“在1984年前后,大家基本上是在國(guó)內(nèi)發(fā)文章,能在國(guó)內(nèi)的《物理學(xué)報(bào)》上發(fā)表文章都不容易。而現(xiàn)在在國(guó)際最高水平的《Nature》、《Science》上都有了中國(guó)學(xué)者的文章,在《Nature》子刊上發(fā)表的文章就更多了,變化非常大?!?/p>

五、就想做一些“卡脖子”工程

中國(guó)的量子科研在發(fā)力、在壯大,對(duì)量子科學(xué)先發(fā)國(guó)家實(shí)現(xiàn)相應(yīng)賽道趕超,而這些國(guó)家也沒(méi)有閑著。

業(yè)內(nèi)共知的情況是,墨子號(hào)上天后,對(duì)一些發(fā)達(dá)國(guó)家產(chǎn)生震動(dòng)。最近兩年,西方發(fā)達(dá)國(guó)家動(dòng)作頻頻,美國(guó)有量子行動(dòng)國(guó)家法案和國(guó)家量子行動(dòng)計(jì)劃,英國(guó)有量子發(fā)展藍(lán)圖,歐盟有量子旗艦計(jì)劃。

有些發(fā)達(dá)國(guó)家聲言,要把量子科學(xué)上的第一位次搶過(guò)去。

“我們的量子科技已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)無(wú)人區(qū)?!睋?jù)莫莫院士說(shuō),中國(guó)量子科研所面對(duì)的外部環(huán)境有顯嚴(yán)峻和復(fù)雜,多受限制掣肘,這涉及到技術(shù)、設(shè)備來(lái)源及交流合作等多個(gè)方面。他自己就遇到過(guò)這種情形,有些合作關(guān)系明明順利地進(jìn)行過(guò)商談,轉(zhuǎn)眼又無(wú)疾而終了。

在這個(gè)形勢(shì)下,有量子科研人員承認(rèn),面對(duì)其他國(guó)家的紛紛發(fā)力,如何繼續(xù)保持相應(yīng)的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì),他們抱有壓力。

“我們以前是包容別人慣了,不敢?guī)ь^做?,F(xiàn)在量子科技進(jìn)入無(wú)人區(qū)了,以后你要自己去做,沒(méi)人帶你了?!蹦菏空龓ьI(lǐng)團(tuán)隊(duì)展開(kāi)一攤量子研究事業(yè),在人才搭建和研究目標(biāo)上,有著雄心勃勃的構(gòu)想。他說(shuō)他們的探索就是要定位長(zhǎng)遠(yuǎn),做出一系列具有諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)含金量的原創(chuàng)成果,迎難而上,“就想做一些我們被對(duì)手卡脖子的工程”。

在公開(kāi)場(chǎng)合,莫莫院士就發(fā)展好量子科研,打破制約,提出了一攬子務(wù)虛與務(wù)實(shí)兼具的對(duì)策建議,諸如加強(qiáng)量子科技人才的培養(yǎng)、培訓(xùn)和儲(chǔ)備;做好科普工作,讓普通大眾知道量子的基本原理,去高深化;加強(qiáng)大國(guó)工匠精神,把工程師隊(duì)伍的地位真正提升上去等等。

就像華為所面臨的情形一樣,量子科技的形勢(shì)也極為典型。在當(dāng)前的國(guó)際競(jìng)逐中,據(jù)《后廠村7號(hào)》記者采訪知悉,中國(guó)量子科學(xué)發(fā)展有一定的前瞻性策略準(zhǔn)備,面對(duì)外部環(huán)境的制約瓶頸,諸如研究材料和設(shè)備的供給,由于原來(lái)在量子通信方面投入就比較大,會(huì)提前進(jìn)行一些攻關(guān),相關(guān)的器件已經(jīng)能夠自己生產(chǎn),雖然性能指標(biāo)上還有待進(jìn)一步的優(yōu)化和強(qiáng)化,但采訪對(duì)象說(shuō),“肯定還是可以做的”。

在這一波你追我趕的過(guò)程中,是對(duì)彼此綜合實(shí)力的檢驗(yàn)。比如量子計(jì)算,采訪對(duì)象介紹,這方面的研究涉及很多基礎(chǔ)領(lǐng)域的能力,在基礎(chǔ)材料厲害的一方,人力物力等條件到位,發(fā)展起來(lái)就很快?!坝幸恍┎皇强繂蝹€(gè)領(lǐng)域的科研能力,它需要整體的實(shí)力才能推動(dòng)。”

六、加強(qiáng)探索和研究是有必要的

一個(gè)問(wèn)題是,量子科學(xué)為什么會(huì)在最近幾年那么受追逐和重視?

據(jù)《后廠村7號(hào)》記者梳理,這基于一系列前瞻性的設(shè)想和推導(dǎo)。

包括科學(xué)家在內(nèi),人們對(duì)量子科學(xué)有極大的潛力期望,一種較有代表性的說(shuō)法是,當(dāng)下人類正處在第二次量子革命之中。

在量子計(jì)算方面,有研究表明,一旦量子計(jì)算機(jī)研制成功,將會(huì)對(duì)目前的保密通信構(gòu)成巨大威脅。目前的保密通信基于所謂的“大數(shù)分解”問(wèn)題。據(jù)說(shuō),要解決這個(gè)“大數(shù)分解”問(wèn)題,需要1000多臺(tái)經(jīng)典計(jì)算機(jī)聯(lián)合工作、用時(shí)8個(gè)月或更長(zhǎng)時(shí)間才能完成,而1臺(tái)量子計(jì)算機(jī)僅需幾秒鐘就能完成。

而量子通信被認(rèn)為是理論上絕對(duì)安全的通信手段,因?yàn)樗腔谖锢韺W(xué)基本原理,而不是基于數(shù)學(xué)復(fù)雜性。

與此同時(shí),研究人員認(rèn)為,量子技術(shù)還可以用到能源勘探、國(guó)防等諸多戰(zhàn)略性的方面,效力無(wú)窮。

當(dāng)然,這都還有待進(jìn)一步的科學(xué)證實(shí)。

張智明教授向《后廠村7號(hào)》介紹,上述技術(shù)實(shí)現(xiàn)起來(lái)難度極大。他認(rèn)為,量子基礎(chǔ)研究和理論探索雖然沒(méi)有問(wèn)題,但不管是量子計(jì)算機(jī)還是量子通信,真正實(shí)現(xiàn)普及還是比較遙遠(yuǎn)的事情,因?yàn)榱孔有?yīng)非常脆弱且不穩(wěn)定,極易受環(huán)境因素干擾。

雖然如此,但張智明也主張要加強(qiáng)研究和探索,當(dāng)大家都想著試一把時(shí),“一定要做,萬(wàn)一人家做出來(lái)了呢,我們不是更被動(dòng)么?”

七、“天上獨(dú)一家,地上最成熟”

在天地一體廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)北京控制中心,一面墻上展示了中國(guó)的量子通信網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)景目標(biāo)。

中國(guó)將在地面上形成如鐵路網(wǎng)絡(luò)那樣多橫多縱的量子通信網(wǎng)絡(luò);而在天上,則會(huì)布局一個(gè)多顆衛(wèi)星組成的量子星座衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò),使之與地面信號(hào)相連,最終實(shí)現(xiàn)天地一體的全球化量子通信基礎(chǔ)設(shè)施。同時(shí),還將發(fā)展完整的量子通信產(chǎn)業(yè)鏈,為下一代基于量子物理保障的信息安全生態(tài)系統(tǒng)提供支撐。

“現(xiàn)在正在建設(shè)的是國(guó)家量子保密通信骨干網(wǎng)一期工程,在京滬干線之后又有一個(gè)新的項(xiàng)目,就是要做一個(gè)北京到上海的環(huán)網(wǎng),再把它延續(xù)到廣州去,這幾條線路正在建。其他的線路還在規(guī)劃之中?!苯鹞鹘榻B,中國(guó)量子通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展當(dāng)下可以這樣來(lái)概述,“天上的相當(dāng)于是獨(dú)一家,地上的產(chǎn)品它是最成熟的?!?/p>

中國(guó)之所以能稱為在量子通信領(lǐng)域走在前面,據(jù)《后廠村7號(hào)》記者了解,不僅是在科研領(lǐng)域上取得的突破,也表現(xiàn)在商業(yè)設(shè)備上面,例如,與國(guó)際同行的設(shè)備性能相比,同樣是100公里距離,中國(guó)量子通信的設(shè)備傳輸可以達(dá)到2K比特/秒,而別人的設(shè)備可能只有1K比特/秒,或者根本無(wú)法在100公里的傳輸距離中正常工作。

國(guó)科量子方面提供的信息顯示,在京滬干線和墨子號(hào)衛(wèi)星熱潮之下,有能力生產(chǎn)量子通信設(shè)備的企業(yè)也越來(lái)越多,全球的量子通信產(chǎn)業(yè)鏈也在快速發(fā)展,如美國(guó),已經(jīng)成立了與國(guó)科量子職能類似的Quantum Xchange公司,開(kāi)始建設(shè)運(yùn)營(yíng)橫跨美國(guó)東海岸的量子保密通信干線Phio TX,歐盟多國(guó)簽署聯(lián)合聲明,計(jì)劃共同開(kāi)發(fā)和部署歐盟范圍內(nèi)的量子通信基礎(chǔ)設(shè)施。

“非常需要產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展起來(lái),為量子領(lǐng)域本就十分稀缺的專業(yè)人才提供舞臺(tái),只有不斷的培養(yǎng)、建設(shè)強(qiáng)大的量子技術(shù)專家人才隊(duì)伍,這樣才能在未來(lái)量子時(shí)代具備很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力?,F(xiàn)在就是處于產(chǎn)業(yè)孵化、努力往前走的一個(gè)階段?!苯鹞髡f(shuō)道。

在天地一體量子通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)上,國(guó)科量子的角色類似于中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通一類基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商,怎么使量子通信網(wǎng)絡(luò)像傳統(tǒng)電信行業(yè)那樣能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的規(guī)模發(fā)展,他們目前正為此進(jìn)行從無(wú)到有的摸索和開(kāi)拓。

“有人認(rèn)為成本太高了,有客戶直接就說(shuō)覺(jué)得這個(gè)沒(méi)有意義,再加上一些負(fù)面輿論引導(dǎo),各種質(zhì)疑的聲音不絕于耳?!苯鹞飨嘈?,這是暫時(shí)性的狀況,他提醒大家要堅(jiān)定信心,“國(guó)外的量子通信產(chǎn)業(yè)界反而不像我們,人家聽(tīng)到中國(guó)的這種現(xiàn)象都覺(jué)得不可思議。在高技術(shù)領(lǐng)域,中國(guó)在后面跟隨時(shí)很容易走,但現(xiàn)在一旦走到前面去了,就有點(diǎn)不知所措了,質(zhì)疑的聲音很多?!?/p>

2007年,郭光燦院士團(tuán)隊(duì)繼三年前在北京、天津之間成功實(shí)現(xiàn)了125公里光纖點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的量子密鑰分配后,又利用自主創(chuàng)新的量子路由器,在北京網(wǎng)通公司商用通信網(wǎng)絡(luò)上率先完成四用戶量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試運(yùn)行。吳令安參加了測(cè)試會(huì)。她注意到,媒體報(bào)道測(cè)試所產(chǎn)生的密碼率,只有幾個(gè)比特,身邊朋友也對(duì)她說(shuō),這么幾個(gè)比特,有什么用,這么慢?

“科學(xué)開(kāi)始總是起步比較慢,慢慢地就能解決問(wèn)題,就像太陽(yáng)能,開(kāi)始效率很低,現(xiàn)在發(fā)展很快,效益也提高了。包括激光發(fā)明,剛剛出現(xiàn)的時(shí)候,國(guó)外說(shuō)它是一個(gè)solution without a problem,即一個(gè)尋找問(wèn)題的答案?!眳橇畎矊?duì)《后廠村7號(hào)》記者說(shuō),“現(xiàn)在我們根本離不開(kāi)激光”。

金西則告訴《后廠村7號(hào)》記者,實(shí)際上,在短短十余年中,量子通信生成的密鑰分發(fā)速率已經(jīng)可以達(dá)到10Mbps以上,技術(shù)是在往前發(fā)展的。

八、標(biāo)準(zhǔn)化角力

量子科技進(jìn)入無(wú)人區(qū)階段后,與基礎(chǔ)研究比拼相同步的,是優(yōu)勢(shì)國(guó)家之間在量子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定上的角力。

業(yè)界主體意識(shí)到,只有建立標(biāo)準(zhǔn),未來(lái)量子通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展才有足夠生命力;而能不能主導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)制定,則是占據(jù)未來(lái)量子通信產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)的重中之重。

“任何新技術(shù),從小規(guī)模的科學(xué)試驗(yàn)、實(shí)用化一直到大規(guī)模的應(yīng)用,都需要標(biāo)準(zhǔn)支撐,特別是信息通信技術(shù),通常是標(biāo)準(zhǔn)先行,然后設(shè)備商才能研制出彼此互通的設(shè)備,才有大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)和服務(wù)。”國(guó)科量子專家金西說(shuō)。

事實(shí)上,世界一些主要國(guó)家已經(jīng)在量子通信領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)上紛紛發(fā)力。中國(guó)目前也在推進(jìn)一系列量子保密通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的制定。

2017年6月,中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)專門成立量子通信與信息技術(shù)特設(shè)任務(wù)組(ST7),國(guó)科量子是其主席單位。中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信、科大國(guó)盾、華為、中興、阿里巴巴等產(chǎn)業(yè)鏈上的50余家企業(yè)會(huì)員也加入了這個(gè)任務(wù)組,參與標(biāo)準(zhǔn)制定工作。與此并行,全國(guó)信息安全標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)和密碼行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)也開(kāi)展了相關(guān)工作。

金西透露,大約在一年后,國(guó)內(nèi)將會(huì)有相關(guān)的量子通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布,“我們現(xiàn)在有25項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)在編制,多項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)即將進(jìn)入送審階段。”

與此同時(shí),中國(guó)企業(yè)對(duì)于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的推動(dòng),也在進(jìn)行。

國(guó)科量子等企業(yè)目前正在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)、國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)、國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織開(kāi)展量子通信的標(biāo)準(zhǔn)化工作。

金西告訴《后廠村7號(hào)》記者,以量子通信、量子計(jì)算為代表的量子信息科技在這些國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織中已成為熱點(diǎn)議題。聯(lián)合國(guó)電信標(biāo)準(zhǔn)管理局相關(guān)官員與他們溝通時(shí),就提出,當(dāng)今世界三大技術(shù)創(chuàng)新中,“AI是業(yè)務(wù)處理模式的創(chuàng)新,區(qū)塊鏈?zhǔn)巧虡I(yè)領(lǐng)域的創(chuàng)新,而只有量子信息技術(shù)是真正技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新?!?/p>

在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO),中國(guó)方面牽頭發(fā)起了“量子密鑰分發(fā)安全要求與測(cè)評(píng)方法”國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)提議,雖然遇到少數(shù)會(huì)員國(guó)家的反對(duì),但得到20多個(gè)會(huì)員國(guó)家呈壓倒性優(yōu)勢(shì)的票決支持,已經(jīng)正式啟動(dòng)了編制工作。

而在聯(lián)合國(guó)下屬的國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU),他們于曲折中前行,也取得了相應(yīng)的進(jìn)展。

國(guó)科量子等中國(guó)機(jī)構(gòu)加入ITU后,在該組織陸續(xù)啟動(dòng)了10項(xiàng)針對(duì)量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定。國(guó)科量子等中國(guó)主體提議能夠成立一個(gè)專門的量子焦點(diǎn)組,但在去年,因?yàn)槟承﹪?guó)家的異議,這個(gè)提議遇阻。

“ITU有九百多個(gè)國(guó)家成員和部門成員,這個(gè)事需要各個(gè)國(guó)家達(dá)成共識(shí)才行,難度非常大。”金西說(shuō),“如果現(xiàn)場(chǎng)達(dá)不成共識(shí),工作就沒(méi)法往前走”。

主要反對(duì)方的理由是,目前的量子技術(shù)不成熟,標(biāo)準(zhǔn)化需求還不明確,但金西認(rèn)為,這背后是反對(duì)方擔(dān)心在核心標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域喪失主導(dǎo)權(quán)。

主要反對(duì)方建議中國(guó)方面召開(kāi)國(guó)際性的研討會(huì),對(duì)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定的需求及必要性進(jìn)一步加以討論明確。

今年6月,國(guó)科量子作為承辦方之一,在上海召開(kāi)了“ITU首屆量子信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際研討會(huì)”,來(lái)自十多個(gè)國(guó)家的200多位與會(huì)代表就量子計(jì)算、量子通信、量子測(cè)量、量子信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化等專題進(jìn)行了討論和碰撞。

承辦方透露,在會(huì)上,大家意識(shí)到目前標(biāo)準(zhǔn)化面臨的挑戰(zhàn),希望構(gòu)建全球性的開(kāi)放、合作的共同平臺(tái)以加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化工作,而這為中國(guó)方面后續(xù)推進(jìn)量子焦點(diǎn)組的設(shè)立提供了良好的基礎(chǔ)。

9月的最后一周,國(guó)科量子等中方主體前往日內(nèi)瓦國(guó)際電信聯(lián)盟,再一次提交成立標(biāo)準(zhǔn)焦點(diǎn)組的提案。

北京時(shí)間9月28日凌晨,人在日內(nèi)瓦的金西在朋友圈中披露,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)一年的不懈努力,終于見(jiàn)證了ITU正式宣布成立面向網(wǎng)絡(luò)的量子信息技術(shù)焦點(diǎn)組,將實(shí)行共同主席機(jī)制——中方主席由中國(guó)科技大學(xué)一位教授擔(dān)任,美國(guó)、俄羅斯成為焦點(diǎn)組共同主席,他們尚未明確主席人選。

“很不易呀”,金西應(yīng)詢告訴《后廠村7號(hào)》記者,這一次打破了一些國(guó)家的“聯(lián)合圍堵”,實(shí)現(xiàn)了國(guó)際上第一個(gè)針對(duì)量子信息技術(shù)的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組的成立,為團(tuán)結(jié)全球的量子信息技術(shù)專家力量,合作開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)預(yù)研提供了平臺(tái)。

也許事情正朝向他此前和《后廠村7號(hào)》記者說(shuō)的方向演進(jìn),“在量子通信標(biāo)準(zhǔn)化方面,應(yīng)該說(shuō)國(guó)內(nèi)國(guó)際都還可以,國(guó)際上我們發(fā)揮了主導(dǎo)作用?!?/p>

九、“也不要捧殺,也不要棒殺”

由部分引領(lǐng)走向更大的主導(dǎo),目前還只是邁出第一步。

“當(dāng)然我們?cè)谀骋恍┓矫媸穷I(lǐng)先的,但你們也不要宣傳得太過(guò)分了?!眳橇畎矊?duì)《后廠村7號(hào)》記者說(shuō)。

根據(jù)科學(xué)家們的講解,事實(shí)是,當(dāng)前量子科學(xué)的進(jìn)展并不像外界想象的那么成熟和超前,人們沒(méi)必要為此沖動(dòng)過(guò)頭。

“量子科技目前還是一個(gè)非常非?;A(chǔ)的階段,”莫莫院士提到,美國(guó)有兩院院士去年做了一個(gè)調(diào)研,結(jié)論是,除非出現(xiàn)顛覆性技術(shù),未來(lái)可預(yù)見(jiàn)的20年之內(nèi),量子計(jì)算的實(shí)現(xiàn)是一個(gè)小概率事件。莫莫院士認(rèn)同這個(gè)結(jié)論。據(jù)他看,現(xiàn)代社會(huì)通用的經(jīng)典計(jì)算機(jī)(電腦)就發(fā)展了幾十年,據(jù)此可知,量子計(jì)算不可能一蹴而就。

而在這個(gè)初級(jí)階段,莫莫院士認(rèn)為,要認(rèn)清現(xiàn)實(shí),和西方主要發(fā)達(dá)國(guó)家相比,“我們?cè)谟布?、軟件方面就有很大的差距”,他吁稱,“也不要捧殺,也不要棒殺,讓科學(xué)家做自己的事情。”

莫莫院士對(duì)國(guó)內(nèi)量子科技發(fā)展環(huán)境頗為關(guān)切,就他所見(jiàn),對(duì)于量子科學(xué)工作,社會(huì)上不是冷嘲熱諷的責(zé)備,就是到處熱炒或過(guò)于熱捧,以及業(yè)內(nèi)主體之間的惡性競(jìng)爭(zhēng)。他提出,行業(yè)主體尤其是科學(xué)家們要有責(zé)任和擔(dān)當(dāng)意識(shí),“真的是要以國(guó)家的利益為重”。

莫莫院士眼見(jiàn)的不健康的擾攘現(xiàn)狀,在業(yè)內(nèi)可謂人所共知。

從1984年瑯玡山會(huì)議走過(guò)來(lái)的一批量子科學(xué)家中,有人主張,隨著國(guó)家經(jīng)費(fèi)大筆投入,量子科研工作需要“兩彈一星”精神,應(yīng)該腳踏實(shí)地做研究,去除華而不實(shí)、浮躁功利的風(fēng)氣。

“特別是那些拿大錢的大項(xiàng)目,到了這個(gè)層次了,還停留在只是發(fā)表文章,比論文的檔次上面不太合適?!睆堉敲髡f(shuō),“當(dāng)然高水平論文也算成果,但拿那么多錢,你就不要光限于論文成果了,在實(shí)際應(yīng)用方面,要有一些實(shí)實(shí)在在的東西了?!?/p>

據(jù)他講,國(guó)內(nèi)比論文、唯論文的現(xiàn)象比較普遍。他的感受是,這個(gè)領(lǐng)域中有些人調(diào)子唱得高大上,話說(shuō)得冠冕堂皇,本質(zhì)上,還是因?yàn)閲?guó)家現(xiàn)在有了諸多帽子(指榮譽(yù)和項(xiàng)目),為此難免夸大自己的工作或產(chǎn)生拉關(guān)系的行為,以獲取資源,“國(guó)內(nèi)也許有點(diǎn)熱的過(guò)度了,剎不住車了,有些人已經(jīng)上了這個(gè)船了,只能往前走了,不能再往后退了”。

莫莫院士則用“路漫漫”來(lái)形容他們的量子科研工作,他看到年輕一代科研人員被激發(fā)的好奇心和科研激情,也鼓勵(lì)年輕人要有二十年磨一劍的定力,要耐得住寂寞,把冷板凳坐下來(lái),“現(xiàn)在沒(méi)有人關(guān)注的領(lǐng)域,你要有本事把它做成將來(lái)大家都跟隨你的一個(gè)領(lǐng)域?!彼M瑖?guó)內(nèi)的各方研究力量能夠攜手共進(jìn),應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn),“大家一塊抱團(tuán)把這個(gè)事情做好”。

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