中科院量子创新研究院:智者先行 不可估量

辽东信息港 刘 欣2019-07-12 07:27:08
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中科院量子创新研究院:智者先行 不可估量  
 

具有革命性意义的量子科技近年来成为世界各科技强国投入巨资抢占的高地。值得一提的是,在中国科学院的远见卓识和提前布局之下,中国科学家已然走到了这一领域的前列,成为被国际同行追赶的目标。

2014年,中科院启动实施“率先行动”计划,依托中国科学技术大学建设的量子信息与量子科技前沿卓越创新中心成为首批成立的卓越中心之一,承担起“尖刀连”的作用。3年后,卓越中心又正式“升级”为创新研究院,凝聚了更多国家科技力量协同创新,承担起服务国家重大需求的历史使命。

如今,经过多年积累,量子信息与量子科技创新研究院摸索出一套规范且高效的协同创新组织架构和运行管理模式,在不到3年的时间内取得了一系列重大创新成果。

目前,科技创新2030—重大项目“量子通信与量子计算机”呼之欲出。在这一轮量子科技革命的浪潮中,中科院量子信息与量子科技创新研究院正乘着改革的东风,奋勇前进、继续领跑。

■本报记者 陈欢欢

2016年8月16日凌晨,世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”在酒泉升空。从此,浩瀚的星空中多了一颗中国制造的“量子星”。

就在此前几天,另一枚“重磅炸弹”已然释放。2016年8月8日,国务院印发《“十三五”国家科技创新规划》,其中明确提出部署“量子通信与量子计算机”重大项目。

“墨子号”不仅将中国人的名字写进了量子物理学历史,亦如一颗投入水中的小石子,激起层层涟漪。美国、欧洲、日本纷纷启动国家级量子计划。

智者先行,故从者众。它们追赶的目标只有一个——中国。

中科院量子创新研究院:智者先行 不可估量

量子信息与量子科技创新研究院揭牌。

搭上改革快车

“以前做梦也想不到我们会来这里。”坐在位于上海浦东的办公室里,中国科学院院士、中科院量子信息与量子科技创新研究院(以下简称创新研究院)院长潘建伟向《中国科学报》感慨说。

2007年,为了方便同中科院上海技术物理研究所(以下简称上海技物所)、中科院上海微小卫星工程中心(现中科院微小卫星创新研究院)等单位合作开展卫星量子通信的关键技术攻关,潘建伟的团队选择将中国科学技术大学上海研究院作为落脚点。

时至今日,这里仍未被公共交通网络覆盖,距离最近的公交车站、地铁站都在两公里以上。那几年,团队的骨干成员每天去30公里外的上海技物所“上班”,有时加班太晚,干脆就住在附近的宾馆,第二天起来接着干。

为了“墨子号”,中国科学技术大学(以下简称中国科大)同中科院系统的多家兄弟单位——上海技物所、上海光学精密机械研究所、上海微系统与信息技术研究所、微小卫星创新研究院、光电技术研究所(以下简称光电所)等形成了紧密的合作关系。这样的基础使其日后顺利成为中科院首批启动建设的4个卓越创新中心之一的核心团队。

2014年,中科院启动实施“率先行动”计划。作为提纲挈领的一项重要举措,研究所分类改革得以迅速展开。其中,集合优势单位协同创新,发挥“尖刀连”的作用,并在某一个方向迅速迈向国际前沿,是卓越创新中心承担的历史使命。彼时,中国科大的量子信息科技研究正好具备了这样的基础。

量子指的是物质不可再分的基本单元,例如光量子(即光子)就是光能量的最低单元,不可再分为“半个”光子、“三分之一”个光子了。量子纠缠是奇特的量子力学现象。通俗地说,两个处于量子纠缠状态的粒子就像有“心灵感应”,无论相隔多远,对其中一个粒子进行测量得到某一结果,另一个粒子也会瞬时相应塌缩到某一量子状态。因此,由此衍生出来的量子通信技术,是唯一被严格证明的无条件安全通信方式,可以有效保障国防、政务、金融等领域的信息安全传输。

量子信息科技所具有的革命性意义已不言而喻,世界各科技强国都投入巨资抢占制高点。但在上世纪90年代末,量子信息科技的实验研究还处于早期发展阶段,中国科大虽然起步较早、在某些方向领先,但几支团队规模都较小。

“慢慢地我们发现要做出高质量原始创新,靠这种单一实验小组的模式不行。”潘建伟回忆。尤其是2011年量子科学实验卫星项目启动,这项原本属于基础研究的工作正式进入追求零失败的航天工程领域,愈发凸显出多学科交叉、各项关键技术集成的必要性。

中科院高度重视量子信息科技的布局和发展。2014年10月,中科院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心(以下简称卓越中心)正式成立,依托中国科大建设。

成立之后,国际国内形势风起云涌,卓越中心很快产生了危机感。在国内,量子信息上升为国家战略,国家层面抓紧部署科技创新2030—重大项目“量子通信与量子计算机”,并积极筹建量子信息领域的国家实验室。国际上,第二次量子革命方兴未艾,美国、欧盟、英国等发达国家纷纷投入重金部署国家级量子科技计划。

“这意味着我们随时有‘起个大早、赶个晚集’的风险,本来我们只把‘脑袋’放到卓越中心,现在则需要部署全链条集成。”潘建伟说。

2016年底,卓越中心适时向中科院党组提出,为了更好地承担起国家在量子信息科技领域的战略,将小而精的“尖刀连”拓展为体量更大的“集团军”——量子信息与量子科技创新研究院。

这一请求迅速得到响应。2017年7月,卓越中心正式转为创新研究院,服务于国家重大科技项目,并为筹建国家实验室作积极探索。同年,合肥综合性国家科学中心建设方案得到国家发展改革委和科技部联合批复,而创新研究院将作为骨干力量参与建设。

“可能因为我们的方向比较新,总是幸运地赶上中科院改革的第一班车。”潘建伟说。

搭着这班顺风车,卓越中心以及其后的创新研究院很快取得了一系列重大创新成果:“多光子纠缠干涉度量学”研究成果获得2015年度国家自然科学奖一等奖;首次实现多自由度量子隐态传输,并被英国物理学会评为年度国际物理学十大突破之首;开通首条远距离量子通信干线——“京沪干线”,为探索量子通信干线业务运营模式进行技术验证,已在金融、电力等领域初步开展了应用示范并为量子通信的标准制定积累了宝贵经验;实现首次洲际量子通信,构建了天地一体化广域量子通信网络的雏形,并被美国物理学会评为年度国际物理学重大事件;研制出世界首台针对特定问题的计算能力超越早期经典计算机的光量子计算原型机。

《自然》杂志评价称,在量子通信领域,中国用不到十年的时间,由一个不起眼的国家发展成为现在的世界劲旅。

中科院量子创新研究院:智者先行 不可估量

结合“墨子号”与“京沪干线”构建的首个天地一体广域量子通信网络雏形中科院   量子信息与量子科技创新研究院供图

十年磨一剑

如果要用一个词来形容中国科大和上海技物所在“墨子号”上的合作,双方不约而同地选择了“碰撞”。

第一次“碰撞”发生在2009年。