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品味科學(xué) 演繹激揚(yáng)人生

  郭光燦,1942年生于福建惠安,現(xiàn)為中國科技大學(xué)物理系教授、博士生導(dǎo)師、中國科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、中國光學(xué)學(xué)會副理事長、中國物理學(xué)會常務(wù)理事、全國量子光學(xué)專業(yè)委員會主任、科技部973項(xiàng)目“量子通信與量子信息技術(shù)”首席科學(xué)家、中科院重要方向項(xiàng)目首席科學(xué)家,國家基金委創(chuàng)新群體學(xué)術(shù)帶頭人。1981年~1983年,在加拿大多倫多做訪問學(xué)者;1997年提出量子避錯編碼原理;1998年提出概率量子克隆原理,并研制成功量子概率和普適克隆機(jī);2000年提出新型量子處理器,2002年獲得中科院自然科學(xué)二等獎;2003年獲得國家自然科學(xué)二等獎和何梁何利獎,當(dāng)選為中科院院士;2005年被聘為北京大學(xué)物理學(xué)院兼職教授;2009年當(dāng)選第三世界科學(xué)院院士。
  他,是鐵桿武俠迷,看遍金庸的每一本武俠小說;
  他,是地道閩南人,鐘愛那一曲《愛拼才會贏》;
  他,是曾經(jīng)貧困的漁家子弟,能吃上一餐煮地瓜就已經(jīng)很滿足;
  他,是今天譽(yù)滿學(xué)界的中國科學(xué)院院士,成就等身卻依然奮力前行。
  他就是郭光燦,一個古稀之年依然求新、求變的執(zhí)著科學(xué)家。他在科學(xué)的道路上細(xì)細(xì)品味,演繹了一段激揚(yáng)的科研人生。

癡迷量子,不可自拔

  按照郭光燦所說,他研究量子技術(shù)“純粹是興趣愛好和跟著感覺走”,他也不知道未來會發(fā)展成什么樣兒,只是直覺告訴他,這個方向一定能挖掘出許多新的技術(shù)。也許正是這種好奇心的驅(qū)使,郭光燦大膽地將研究從無線電轉(zhuǎn)向了物理學(xué)領(lǐng)域,這一轉(zhuǎn)便與量子結(jié)下了不解之緣,一發(fā)而不可收。
  其實(shí)最初郭光燦研究的是激光,1974年他與同事一起成功研制出了國內(nèi)第一臺氮分子和染料激光器,并奪得當(dāng)時的全國科學(xué)大會獎勵,研究道路一片平坦。但在上世紀(jì)80年代初,他開始迷上量子,毫不猶豫放棄了小有成就的氣體激光器研究,進(jìn)而轉(zhuǎn)戰(zhàn)研究量子光學(xué)理論。1981年左右,郭光燦出國訪問學(xué)習(xí),他發(fā)現(xiàn)在國內(nèi)仍然處于空白的量子光學(xué),在國外已經(jīng)發(fā)展了近20年,而且各方面研究已經(jīng)做得風(fēng)生水起??晒鉅N仍然不死心,“不管這個領(lǐng)域在國內(nèi)多落后,我依然堅(jiān)持做下去,還要做出成績來?!?/FONT>

從理論跨進(jìn)實(shí)驗(yàn)


  1983年,郭光燦回國,為了迎頭趕上落后20年的差距,他花費(fèi)大量時間和精力自學(xué)量子理論,甚至跑去蹭一些量子場論這樣的理論物理基礎(chǔ)課,工作學(xué)習(xí)到深夜更是家常便飯。那時受到“文革”的影響,國內(nèi)學(xué)術(shù)環(huán)境不是太好,郭光燦依靠少量經(jīng)費(fèi),奔波全國各地宣講量子研究的重要性,立志要培養(yǎng)出一批中國的量子科學(xué)技術(shù)研究人才。
  經(jīng)過整整10年的蓄積,郭光燦不僅為國家培養(yǎng)了一大批研究生,也讓世界量子光學(xué)理論研究的舞臺聽到了來自中國的聲音。如今國內(nèi)從事量子光學(xué)及相關(guān)領(lǐng)域研究的人才大多受到他的啟蒙?;貞涍@段激情歲月,郭光燦依然記憶猶新,難以忘懷,他說這才是真真切切的十年磨一劍。

轉(zhuǎn)戰(zhàn)量子信息,成為領(lǐng)頭羊

  上世紀(jì)90年代初,郭光燦再次從量子光學(xué)轉(zhuǎn)戰(zhàn)量子信息技術(shù),這一轉(zhuǎn)使他成為我國量子信息領(lǐng)域最有成就的科學(xué)家和領(lǐng)頭羊。
  郭光燦說,不論是現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)還是通信技術(shù),到一定極限可能就沒辦法再發(fā)展下去,要突破就必須運(yùn)用新原理,而把量子理論與信息技術(shù)結(jié)合,能夠?qū)崿F(xiàn)許多現(xiàn)在信息技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的功能。比如量子密碼學(xué)理論上能保證通信的絕對安全,這是經(jīng)典密碼學(xué)做不到的。再如目前備受關(guān)注的量子計(jì)算機(jī),一旦生產(chǎn)出來,將使人類文明大踏步發(fā)展?!叭绻孔蛹夹g(shù)能夠得到充分挖掘,一定會大大改善人類社會的生產(chǎn)力?!?BR>  盡管如此,郭光燦最初研究量子信息技術(shù)卻坐了近十年的冷板凳。當(dāng)時國際上剛剛興起量子信息技術(shù)研究,國內(nèi)尚無人對該領(lǐng)域的發(fā)展有所認(rèn)識,自然也沒人關(guān)注。早期,郭光燦的工作幾乎沒有得到過重視,更別說申請大的項(xiàng)目支持。為此,他帶著研究生做了許多宣傳工作。“我們在相關(guān)物理學(xué)雜志上發(fā)表大量介紹量子信息的科普性文章,得到了許多高校的響應(yīng)。我還利用香山會議宣傳量子信息技術(shù),慢慢的國內(nèi)學(xué)術(shù)界開始了解量子信息的重要性,但要得到重視,道路仍然漫長?!?/FONT>

激情演講


  那幾年郭光燦孤軍奮戰(zhàn),常常有種“獨(dú)守空房”的落寞和心酸,但即使要借錢買設(shè)備,他也堅(jiān)持做研究。申請項(xiàng)目失敗一次就再來一次,屢戰(zhàn)屢敗,屢敗屢戰(zhàn)。2001年,量子通信和量子信息技術(shù)終于得到國家重視,在科技部973計(jì)劃中正式立項(xiàng),郭光燦當(dāng)之無愧成為項(xiàng)目首席科學(xué)家。他發(fā)動國內(nèi)多家單位組成課題組,利用原有的量子光學(xué)研究基礎(chǔ),獲得量子避錯編碼方面的一系列成果,又首先在國際上提出了量子概率克隆的方法,被國際學(xué)術(shù)界稱為“段—郭界限”。
  2001年在中國科學(xué)院的支持下,由郭光燦領(lǐng)導(dǎo)的量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室成立,除了承擔(dān)量子信息的理論研究之外,實(shí)驗(yàn)室還確定了量子密碼與量子器件、冷原子物理、低維光學(xué)體系、量子輸運(yùn)與量子計(jì)算、表面等離子體與量子傳輸、介質(zhì)微腔等多個研究方向。由于在中國量子信息研究中作出重要貢獻(xiàn),郭光燦2003當(dāng)選為中國科學(xué)院信息科學(xué)學(xué)部院士。
  2004年底,郭光燦先于其他國家,首次解決了量子密鑰分配過程的穩(wěn)定性問題,經(jīng)由實(shí)際通信光路實(shí)現(xiàn)了125公里單向量子密鑰分配,成為當(dāng)時國際上公開報(bào)道的最長距離的使用光纖量子密碼系統(tǒng)。2007年在北京實(shí)際光纖網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)第一個全通型的量子密鑰分配網(wǎng)絡(luò);2009年在蕪湖市實(shí)現(xiàn)世界上第一個量子政務(wù)網(wǎng)。據(jù)郭光燦介紹,量子密鑰是保障通信安全的終極技術(shù)手段,它提供了一種不可竊聽、不可破譯的新一代密碼技術(shù),任何竊聽者在信息傳輸過程中截取或測量,都會改變量子密鑰的狀態(tài),從而被及時發(fā)現(xiàn)。
  有專家預(yù)測,量子通信技術(shù)可能在未來20至30年后,對人類社會發(fā)展產(chǎn)生難以估量的影響。目前,美國、日本、中國以及歐洲多個國家都在積極研究量子信息傳輸技術(shù),量子通信必將會成為今后世界各國競爭的焦點(diǎn)。而郭光燦和他的團(tuán)隊(duì)也已經(jīng)規(guī)劃好了“十二五”期間的發(fā)展。
  他表示:“量子密碼我們已經(jīng)研究了十幾年,下一步是要實(shí)現(xiàn)應(yīng)用,爭取將國內(nèi)密碼技術(shù)提高到量子密碼技術(shù)水平。針對固態(tài)量子計(jì)算機(jī)最核心的量子芯片,我們嘗試用半導(dǎo)體芯片做量子芯片。此外,我們打算運(yùn)用所研制的迄今世界上最高水平的八光子糾纏源和固態(tài)量子存儲器研制量子糾纏網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)分布量子計(jì)算等新信息功能?!?BR>  郭光燦的每一次選擇,就是一次創(chuàng)新和超越,且都獲得了成功。這一次他用執(zhí)著和堅(jiān)持點(diǎn)燃了我國量子信息的火焰,推進(jìn)了國內(nèi)量子信息研究的發(fā)展。

挑戰(zhàn)量子計(jì)算機(jī),力爭搶占制高點(diǎn)

  如今,已是古稀之年的郭光燦,又向更高難度的量子計(jì)算機(jī)發(fā)起了挑戰(zhàn)。他說:“量子計(jì)算機(jī)是整個量子信息領(lǐng)域最重要、最主流的方向,誰先研制出來,誰就在戰(zhàn)略上占有制高點(diǎn)。我希望還能發(fā)揮余熱,為國內(nèi)量子計(jì)算機(jī)的研究貢獻(xiàn)一己之力?!?/FONT>

綠色的啟迪


  據(jù)郭光燦介紹,美國政府曾說過,美國想要保持世界領(lǐng)袖地位,就要高度重視量子信息技術(shù)的發(fā)展,其主要指的就是量子計(jì)算機(jī)技術(shù)。為此,美國政府于2009年啟動了“微型曼哈頓計(jì)劃”,集中精力發(fā)展量子計(jì)算機(jī)。
  量子計(jì)算機(jī)之所以得到如此重視,主要有兩方面原因。一方面,目前常規(guī)電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展已經(jīng)接近其物理極限,必須要有新的計(jì)算機(jī)代替;另一方面,量子計(jì)算機(jī)除了體積小之外,處理數(shù)據(jù)也不像常規(guī)計(jì)算機(jī)那種串行運(yùn)算模式,而是運(yùn)用并行運(yùn)算,大大提高運(yùn)算速度。
  有專家曾指出,分解一個有400個數(shù)字的合數(shù),用最快的超級計(jì)算機(jī)也得需要幾百萬年時間,而量子計(jì)算機(jī)只需一年左右。量子計(jì)算機(jī)將為人類提供一種強(qiáng)大無比的計(jì)算工具。
  但郭光燦表示,要制造出這樣一臺功能強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī),難度非常大?!傲孔佑?jì)算機(jī)是靠量子物理原理來實(shí)現(xiàn)并行運(yùn)算的,但目前科學(xué)界對量子理論的把握還面臨著許多未知困難,對微觀量子態(tài)的控制一直沒有找到更加有效的辦法,特別是還未找到可集成、可擴(kuò)展、可容錯的材料來實(shí)現(xiàn)這種量子計(jì)算。這項(xiàng)研究實(shí)質(zhì)上是對人類操控量子世界能力的極大挑戰(zhàn)?!?BR>  不過,即使困難重重,郭光燦依然充滿信心。他說:“從前覺得研制出一臺量子計(jì)算機(jī),是件相當(dāng)遙遠(yuǎn)的事情,但現(xiàn)在看來,量子計(jì)算機(jī)的研究已經(jīng)初見端倪,最新的研究進(jìn)展使人們看到了曙光。只要國家趕快部署,把量子計(jì)算機(jī),尤其是量子芯片作為重點(diǎn),給予大力支持,我們還來得及先發(fā)制人,甚至可能搶先做出成果。”
  要想量子計(jì)算機(jī)的研制獲得成功,我們不能再重蹈沒有核“芯”技術(shù)的覆轍。為此,郭光燦及其團(tuán)隊(duì)已經(jīng)鎖定了固態(tài)量子計(jì)算機(jī)最核心的量子芯片研究,初步確定了利用半導(dǎo)體芯片制作量子芯片的思路。郭光燦透露:“這項(xiàng)研究非常艱苦,國際上沒有幾家能做,如果這條路走得通,我們就能在較快時間內(nèi)做出量子計(jì)算機(jī)。”
  我國《中長期科技發(fā)展綱要》已將量子調(diào)控列入重大基礎(chǔ)研究計(jì)劃,這有力推動了量子信息的發(fā)展。但郭光燦也指出:“我國基礎(chǔ)和研究累積都比較薄弱,在國際主流方向上作出原創(chuàng)性的成果還很少,特別是在量子計(jì)算機(jī)這個學(xué)科的主流方向上,面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因此在保持量子調(diào)控重大專項(xiàng)的基礎(chǔ)上,我國迫切需要有自己的‘微型曼哈頓計(jì)劃’。”
  郭光燦建議,相關(guān)部門應(yīng)組織國內(nèi)精銳研究隊(duì)伍,提供足夠強(qiáng)大的優(yōu)勢,集中火力沖擊量子計(jì)算機(jī)研究。同時,由于量子計(jì)算機(jī)的研究面臨著難以想象的困難,可能會出現(xiàn)很長時間都無法突破的狀況,所以對科研人員來說,要耐得住寂寞,先老實(shí)做好基礎(chǔ)積累,再靜下心來攀登高峰。
  郭光燦把更多的期望寄托在了年輕人的身上,他說:“未來我國量子信息技術(shù)會發(fā)展到什么程度,完全取決于現(xiàn)在這一代人的水平和激情。量子信息技術(shù)研究不像其他領(lǐng)域容易出成果,所以年輕人一定要有激情,要全情投入,也一定要堅(jiān)信你們的選擇,把它作為終身事業(yè)。我希望可以看到更多的人參與我國量子信息技術(shù)的研究?!?/FONT>

不斷超越,品味“挖寶”樂趣

  郭光燦是地道的閩南人,出生在福建一個普通漁民家庭,從小在海邊長大,見慣了驚濤駭浪。也許正是因?yàn)檫@樣,他才更懂得拼搏對于人生的意義。
  幾十年如一日的繁忙,郭光燦難有休息時間。他感謝這些年家人給了他最大的理解和支持,讓他可以心無顧慮、全力以赴做科研。

郭光燦在辦公室


  他自嘲比起那些成天到晚扎在科研里的同僚,他算是比較正常的,因?yàn)樗纳钸€算豐富多彩。忙里偷閑的時候,他喜歡看書,《道德經(jīng)》、《周易》、《逍遙游》,他都看得津津有味。但似乎武俠小說才是最愛,他有點(diǎn)驕傲地說:“金庸的武俠小說,我一本不落地全部看完?!?BR>  他興致上來的時候,還會與友人切磋一下保齡球,打打羽毛球。他偏愛古典音樂,也鐘愛流行歌曲,百聽不厭的是那首《愛拼才會贏》。
  “三分天注定,七分靠打拼,愛拼才會贏?!睙o論是科研工作還是日常生活,難免會遇到困難和不愉快的事情,這個時候郭光燦就會鼓勵自己,不要喪氣,要敢拼、敢闖。只要堅(jiān)定信心,總會有長風(fēng)破浪,“直掛云帆濟(jì)滄海”的一天。
  有人說郭光燦的研究方向總在轉(zhuǎn)變,似乎有點(diǎn)“不專一”。但自從進(jìn)入量子領(lǐng)域之后,至今他依然從一而終,再沒離開過量子領(lǐng)域的研究。之所以不斷涉足量子領(lǐng)域的諸多新方向,只是因?yàn)樗氩粩嗵魬?zhàn)自我、超越自我。最初他以量子光學(xué)為切入點(diǎn),不斷做深做透,等到有了成果,引起了更多人的參與,使這一方向成為熱點(diǎn)之后,他又重新尋找新的潛在生長點(diǎn),開辟新方向。他說:“這就像是在一個資源很豐富的礦區(qū),挖出寶藏之后,許多人都涌來一起挖,這個時候我就會去尋找新的寶藏?!?BR>  近五十年的科研生涯中,郭光燦就像一個尋寶者,在量子領(lǐng)域中不斷探索、發(fā)掘?qū)毑兀?xì)細(xì)品味和享受著科學(xué)帶來的人生樂趣。

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