我想学物理，但曾担心难以养家糊口

            ■潘建伟

   近日，在世界最大的综合性科学组织——美国科学促进会2019年的年会上，中国“墨子号”量子科学实验卫星团队被授予克利夫兰奖。作为该团队的领军人物，物理学家潘建伟曾经这样讲述自己的成才之路。

   我是浙江东阳人。初中刚刚接触物理时，我就发现这门学科比较适合我。我这个人记性较差，背英语单词有些困难，物理对我来说则很简单，不需要死记硬背。我还记得初三暑假，我躺在床上，物理教科书像放电影一样一页页在我脑海中闪过。

   1987年，我参加了高考。当时我纠结的是学经济管理还是学物理，我想学物理，又怕将来难以养家糊口。父母安慰我说：“我们有退休工资，你不用担心。”

   于是，我报考了中国科学技术大学近代物理系，进入了物理学的殿堂。牛顿力学、电动力学、统计力学等学科我都学得不错，但是大三的量子力学把我搞糊涂了。传统的牛顿力学有点像决定论，原则上一切东西都可以计算出来，比如一旦确定了初始条件，你可以预知物体的位置、轨迹等。但量子力学的很多观念和经典物理学完全不一样，它有我们熟悉的确定性和必然性，又有不确定性以及或然性。量子力学的奇特之处在于，微观世界里一个微小粒子，在特定条件下能同时既在桌上又在地上，既在北京又在上海，就像孙悟空会分身术一样，这种现象被称为“量子叠加”。当把量子叠加扩展到两个粒子时，就会出现“量子纠缠”现象，处于纠缠态的粒子即使相隔很远，当对其中一个进行测量改变其状态时，另一个状态也会即刻发生相应的改变。

   这简直太奇怪了，我无法理解量子世界的这些特性，苦苦思索以至于疏于做题，期中考试差点没及格。我被量子力学深深地吸引，集中研究和总结了量子世界的各种佯谬，写进了本科毕业论文。做本科论文时，我得到一个结论：如果量子纠缠在往两边送的时候，中间被人偷偷测量过，两个粒子之间的纠缠就消失了。这种特性能提供一种安全的密码分发手段，如果信息传送中被人偷看过，就会影响纠缠关系，从而被传递者发现，这其实就是量子保密通信的基本原理。

   量子力学的奥秘相当深邃。量子力学的创始人之一玻尔说，如果学了量子力学后，你不觉得奇怪，不觉得不可思议，不犯糊涂，那你根本就没学懂。著名物理学家理查德·费曼则直截了当地说，世界上没有一个人懂量子力学。后来我想，既然量子力学的基础理论短时间内无法取得突破，不妨先做实验验证已有的理论是否正确。

   20世纪90年代中期，我硕士毕业。当时中国的经济已有所发展，但国家依然没有足够的财力来建设实验室，如果想做量子物理实验，需要到国外留学。1996年，我到了量子力学研究的重镇奥地利因斯布鲁克大学攻读博士学位，师从量子实验研究的著名学者安东·塞林格。我至今仍清晰地记得第一次见到塞林格教授时，他问我未来的计划是什么，我回答：“在中国建一个和您的实验室一样的世界一流的量子光学实验室。”

   1997年，我们成功地把一个粒子的状态从一个地方传到另外一个地方，但是这个粒子本身并没过去。这就像科幻故事里的星际旅行一样，这边的人消失了，然后在那边重构出来，这样的研究结果太让人兴奋了。我们的工作报告发表在《自然》杂志上，后来被认为是量子信息实验领域的开端之作。这一工作同时被美国物理学会、欧洲物理学会和《科学》杂志评为年度十大进展，并被《自然》杂志在其特刊选为“百年物理学21篇经典论文”。

   这项工作坚定了我从事量子物理实验研究的信心。

   2008年，在完成了充分的技术积累后，我放弃了在海德堡大学的职位，回国工作，同时把自己在海德堡大学的实验室搬回科大。搬家清单足足列了120页，大到激光器，小到12毫米镜片，全都带回来了。德国《明镜周刊》采访我，问我为什么回去，我说我喜欢研究科学，我也很爱中国，既然能在自己的国家做研究，当然要回去。

   2016年8月16日，我国发射了世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”，之后成功实现了三大既定科学目标——在国际上率先实现千公里级星地双向量子纠缠分发、千公里级星地高速量子密钥分发和千公里级地星量子隐形传态，这些原理性实验都证明了利用卫星平台进行远距离甚至全球化的量子通信是可行的。

   目前，量子计算技术依然处于实验阶段，估计还要二三十年才能实用化。量子保密通信则已经进入了实用化阶段，我希望未来能发射3-5颗低轨道卫星和一颗高轨道地球同步卫星，构建完整的空地一体广域量子通信网络体系，并且与通信网络实现无缝链接，广泛、深入地服务于国家信息安全。