中科院量子创新研究院：智者先行 不行估计
中科院量子创新研究院：智者先行 不行估计
具有革命性意义的量子科技连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高见和提前机关之下，中国科学家已然走到了这一规模的前列，成为被国际同行追赶的方针。
2014年，中科院启动实施“率先动作”打算，依托中国科学技能大学建树的量子信息与量子科技前沿卓越创新中心成为首批创立的卓越中心之一，包袱起“尖刀连”的浸染。3年后，卓越中心又正式“进级”为创新研究院，凝结了更多国度科技气力协同创新，包袱起处事国度重大需求的汗青使命。
如今，颠末多年积聚，量子信息与量子科技创新研究院探索出一套类型且高效的协同创新组织架构和运行打点模式，在不到3年的时间内取得了一系列重大创新成就。
今朝，科技创新2030—重大项目“量子通信与量子计较机”呼之欲出。在这一轮量子科技革命的海潮中，中科院量子信息与量子科技创新研究院正乘着改良的春风，奋勇前进、继承领跑。
■本报记者 陈欢欢
2016年8月16日破晓，世界首颗量子科学尝试卫星“墨子号”在酒泉升空。以后，众多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”国度科技创新筹划》，个中明晰提出陈设“量子通信与量子计较机”重大项目。
“墨子号”不只将中国人的名字写进了量子物理学汗青，亦如一颗投入水中的小石子，激起层层荡漾。美国、欧洲、日本纷纷启动国度级量子打算。
智者先行，故从者众。它们追赶的方针只有一个——中国。
量子信息与量子科技创新研究院揭牌。
搭上改良快车
“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》感应说。
2007年，为了利便同中科院上海技能物理研究所（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）等单元相助开展卫星量子通信的要害技能攻关，潘建伟的团队选择将中国科学技能大学上海研究院作为落脚点。
时至今天，这里仍未被民众交通网络包围，间隔最近的公交车站、地铁站都在两公里以上。那几年，团队的主干成员天天去30公里外的上海技物所“上班”，有时加班太晚，爽性就住在四周的宾馆，第二天起来接着干。
为了“墨子号”，中国科学技能大学（以下简称中国科大）同中科院系统的多家兄弟单元——上海技物所、上海光学紧密机器研究所、上海微系统与信息技能研究所、微小卫星创新研究院、光电技能研究所（以下简称光电所）等形成了细密的相助干系。这样的基本使其日后顺利成为中科院首批启动建树的4个卓越创新中心之一的焦点团队。
2014年，中科院启动实施“率先动作”打算。作为提纲挈领的一项重要办法，研究所分类改良得以迅速展开。个中，荟萃优势单元协同创新，发挥“尖刀连”的浸染，并在某一个偏向迅速迈向国际前沿，是卓越创新中心包袱的汗青使命。彼时，中国科大的量子信息科技研究正好具备了这样的基本。
#p#分页标题#e#量子指的是物质不行再分的根基单位，譬喻光量子（即光子）就是光能量的最低单位，不行再分为“半个”光子、“三分之一”个光子了。量子胶葛是怪异的量子力学现象。通俗地说，两个处于量子胶葛状态的粒子就像有“心灵感到”，无论相隔多远，对个中一个粒子举办丈量获得某一功效，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能，是独一被严格证明的无条件安详通信方法，可以有效保障国防、政务、金融等规模的信息安详传输。
量子信息科技所具有的革命性意义已不问可知，世界各科技强京城投入巨资抢占制高点。但在上世纪90年月末，量子信息科技的尝试研究还处于早期成长阶段，中国科大固然起步较早、在某些偏向领先，但几支团队局限都较小。
“逐步地我们发明要做出高质量原始创新，靠这种单一尝试小组的模式不可。”潘建伟回想。尤其是2011年量子科学尝试卫星项目启动，这项原本属于基本研究的事情正式进入追求零失败的航天工程规模，愈发凸显出多学科交错、各项要害技能集成的须要性。
中科院高度重视量子信息科技的机关和成长。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）正式创立，依托中国科大建树。
创立之后，国际海内形势澎湃澎拜，卓越中心很快发生了危机感。在海内，量子信息上升为国度计谋，国度层面抓紧陈设科技创新2030—重大项目“量子通信与量子计较机”，并努力筹建量子信息规模的国度尝试室。国际上，第二次量子革命方兴未艾，美国、欧盟、英国等发家国度纷纷投入重金陈设国度级量子科技打算。
“这意味着我们随时有‘起个大早、赶个晚集’的风险，原来我们只把‘脑壳’放到卓越中心，此刻则需要陈设全链条集成。”潘建伟说。
2016年底，卓越中心当令向中科院党组提出，为了更好地包袱起国度在量子信息科技规模的计谋，将小而精的“尖刀连”拓展为体量更大的“团体军”——量子信息与量子科技创新研究院。
这一请求迅速获得响应。2017年7月，卓越中心正式转为创新研究院，处事于国度重大科技项目，并为筹开国度尝试室作努力摸索。同年，合肥综合性国度科学中心建树方案获得国度成长改良委和科技部连系批复，而创新研究院将作为主干气力参加建树。
“大概因为我们的偏向较量新，老是幸运地遇上中科院改良的第一班车。”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就：“多光子胶葛过问干与怀抱学”研究成就得到2015年度国度自然科学奖一等奖；首次实现多自由怀抱子隐态传输，并被英国物理学会评为年度国际物理学十大打破之首；开通首条远间隔量子通信干线——“京沪干线”，为摸索量子通信干线业务运营模式举办技能验证，已在金融、电力等规模劈头开展了应用示范并为量子通信的尺度拟定积聚了名贵履历；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较本领逾越早期经典计较机的光量子计较原型机。
《自然》杂志评价称，在量子通信规模，中国用不到十年的时间，由一个不起眼的国度成长成为此刻的世界劲旅。
团结“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
假如要用一个词来形容中国科大和上海技物地址“墨子号”上的相助，两边不谋而合地选择了“碰撞”。
第一次“碰撞”产生在2009年。
外太空因为险些真空，光信号损耗很是小。将卫星作为中继器，可以大大扩展量子通信间隔，甚至实现全球化的量子通信。为验证这一斗胆设想的可行性，中国科大和上海技物所、微小卫星创新研究院等单元相助，首先在青海湖举办百公里量子通信尝试，量子胶葛源则配置于湖中的一座岛上。
岛上没水没电，昼夜温差大，冬天湖面结冰，只有一座寺庙和一些僧侣。为了制止日光的影响，量子尝试都在晚长举办。于是，几个年青人夏天上岛，晚上做尝试，白日下山担水，再上山洗衣做饭。帐篷、炉子、发电设备都要本身搭建。青海湖打点局的事恋人员每10天过来送给养，此时便成了科研人员最热闹的年华。
为了积聚数据，尝试一做就是3年。2012年8月，潘建伟等人在国际上首次实现百公里量级的自由空间量子隐形传态和胶葛分发，这意味着在高损耗的星地链路中，也可以或许实现单光子级此外量子通信。
颠末这次磨合，第二次的“碰撞”更是火花四射，因为这一次，他们不只要将尝试搬出尝试室，还要搬上太空。
作为世界首颗空间量子科学尝试卫星，“墨子号”没有前人履历可警惕，做第一个吃螃蟹的人，难度可想而知。上海技物所研究员、量子科学尝试卫星工程常务副总师、卫星系统总批示王建宇汇报《中国科学报》：“我们以前做各类百般的卫星一般都有个参考，但量子卫星真的没底，是一个从未有过的庞大挑战。”
关于星地间量子胶葛分发的难度，王建宇曾有一个令人印象深刻的比喻：就像在太空中往地面的一个存钱罐里扔硬币。不只如此，天空中的“抛掷者”相对地面上的“存钱罐”还在高速举动。
明知山有虎，方向虎山行。中国科学家不只要做世界第一颗量子卫星，还要做一颗有实实在在科学影响力的量子卫星。为了实现这一方针，两个团队产生了剧烈的“碰撞”。为了尝试更精彩，“激进”的科学家不绝提出新的想法，而“守旧”的工程师则但愿淘汰窜改，提高不变性。
“那段时间，我和王建宇也经验了剧烈的磨合。事实证明，干大事必需精诚相助。”潘建伟坦言。所幸，这是一颗深深打上中科院烙印的卫星。
“科学家只要提出想法，我们就照着设计。各人都是科学院身世，骨子里追求卓越、盼愿创新的文化是一脉相承的。”上海技物所研究员、量子科学尝试卫星系统副总师舒嵘说，固然课题组间也有自然形成的相助，但和卓越中心、创新研究院体制下的相助对比，性质完全差异。
“碰撞”的功效是，“墨子号”各项机能都优于设计指标，原本打算两年完成的科学尝试任务不到一年就完成了。2017年6月，《基于卫星的胶葛分发间隔高出1200公里》以封面文章形式颁发在《科学》上。“墨子号”量子科学尝试卫星科研团队也因此得到2018年度美国科学促进会克利夫兰奖，这是90余年来，中国科学家在本土完成的科研成就首次得到这一重要荣誉。
“这个时候我们的相助已经浮现出了创新研究院的代价，那就是会合气力干大事。”潘建伟认为。
为了卫星上天，团队里的年青人有的从科学家酿成“半个”工程师，有的则从纯粹的工程师进入了前沿研究规模。
#p#分页标题#e#个中就包罗科学应用系统主任设计师、创新研究院副研究员任继刚。任继刚记得本身读博士时第一次听潘建伟作陈诉，似乎在听一个科幻故事，没想到日后竟成了故事中的一个脚色。“印象最深的是2014年春节，我们做尝试做到年三十破晓3点。”他说，直到2017年尝试根基完成后，所有人才渡过了一个“史上最开心”的春节。
2016年8月16日，颠末中国科大、上海技物所、微小卫星创新研究院、光电所、国度天文台、紫金山天文台、国度空间科学中心等十多个团队历时5年的相助，“墨子号”乐成发射。所有人长舒一口吻，但这不是终点。
卫星于破晓升空后，几位主任设计师立即从酒泉赶往各地面站。由于卫星在夜晚颠末，且在地面站上空的过境时间仅有几百秒，因此一入夜，河北兴隆、青海德令哈、乌鲁木齐南山、西藏阿里、云南丽江5个地面站便繁忙起来。
“8月18日破晓，我们在德令哈地面站第一次将地面的信标光包围到‘墨子号’，为分开地面近48小时的‘墨子号’点亮了灯塔，成立了星地互联的第一步。”量子胶葛源载荷主任设计师、中国科大传授印娟回想说。
2017年8月，“墨子号”提前一年完成星地量子胶葛分发、星地量子密钥分发、地星量子隐形传态三大既定科学方针，向世界宣告我国在国际上首次实现空间标准的量子科学尝试研究。
中科院院长、党组书记白春礼对此评价：“墨子号”开启了全球化量子通信、空间量子物理学和量子引力尝试检讨的大门，为中国在国际上抢占了量子科技创新制高点，成为国际同行的标杆，实现了向“领跑者”的转变。
回想起这次相助，王建宇有四点体会：“第一，原创的科学思想是魂灵；第二，决定层下定刻意让科学家去闯，才有了本日的后果；第三，团队协同作战结果显著；第四，科学团队和工程团队必需互补。”
最优最简互补
在人才造就上，潘建伟有一个至今为人称道的做法，那就是将优秀的学生有针对性地送到国际顶尖团队进修和开展相助，再将把握的要害技能带回海内。
于是，陈宇翱去德国马普所、赵博去奥地利因斯布鲁克大学研究超冷原子量子调控，张强去斯坦福大学研究参量上转换探测器，陆向阳去剑桥大学研究量子点光源，张军去瑞士日内瓦研究单光子探测器……
潘建伟回想说：“其时海内尝试室很缺人，但不把人送出去进修的话未来这把火必定烧不旺。所以尽量海内对人才非常渴求，但照旧把人送走了。”
如今，跟着这批年青人的集团回国，这把量子通信的火真正烧起来了，他们也个个成为独当一面的研究室认真人。
卓越中心进级为创新研究院后，改变了已往几个团队各为一个研究室、彼此间仍以自发相助为主的组织模式，统筹配置了量子通信、量子计较、量子紧密丈量、光电子与微电子器件4个研究部，每个研究部下设若干个研究室，整合相关的优势研究气力。譬喻，量子计较研究部包括光量子计较、超冷原子量子模仿、离子阱量子计较、硅基量子点量子计较等多个研究室。构成每个研究室的各个团队，环绕研究部的主任务，在各个分系统上开展协同攻关。
如何让这么多人互相不反复又能彼此促进、协同创新？“我们的原则是‘最优最简互补’。”潘建伟吐露了法门：“创新研究院每次引进人才时必然要问三个问题：是不是全国最好的？是不是有反复？可否形成互补？”
#p#分页标题#e#凭据“最优最简互补”的原则，创新研究院在建树进程中从头调解了组织架构，按照我国在量子信息科技规模已有的区域集群优势，形成了“合肥总部+北京分部、上海分部、济南基地+相关研究单元”的研究步队机关，各部门朝向一个配合的主任务，既各司其职又彼此共同。这种科学组织架构很洪流平上制止了“内讧”和“斗殴”，也让创新研究院连年来迎来一个高速成长的阶段。
量子科技涉及物理学、信息学、质料学、工程技能等浩瀚规模，一家科研机构难以包打天下。为此，创新研究院独具特色地连系了清华大学、北京大学、复旦大学、浙江大学等高校的气力，形玉成方位的协同相助网络，并通过国度重点研发打算、中科院计谋性先导科技专项等，努力组织全国气力协同创新、会合攻关。
通过制度改良，创新研究院不绝增强依托单元与共建单元的协同创新协力，并成立起大型仪器设备、重大科研基本设施等科技资源的统一打点机制，充实提高了已有资源的统筹操作效率。
“通过项目将各人组织起来，协同全国的科研气力，但又不是完成项目后一哄而散。”潘建伟暗示，从前每个团队都需要举办全链条创新，此刻则可以只做本身擅长的部门，敦促各学科协调成长。
同处所共建也是创新研究院的一大特色。在引进人才方面，安徽省和合肥市都提供了力度较大的政策支持。不外，对付创新研究院来说，真正能留下人的照往事业。以“墨子号”团队为例，详细认真项目标主任设计师险些全是“80后”。任继刚、印娟等人都是在海内生长起来的科研主干。
“青海湖的项目完成后，潘老师提出让我留下继承做卫星，刚博士结业就能做卫星吗？这让我以为很不行思议。”任继刚回想。
研究超导量子计较的朱晓波则是从兄弟单元中科院物理研究所插手创新研究院的。不久前，他们方才乐成实现了12个量子比特的多体真胶葛态“簇态”的制备，刷新了超导量子比特胶葛的世界记载。
“量子计较机意义重大，我们的方针是做出实际应用。”朱晓波说，超导是今朝最受存眷的量子计较方案之一，也是谷歌、IBM等贸易公司投入最大的方案。
“我们在这一偏向上固然是追赶者，但创新研究院可以凝结气力形成协同攻关，跟世界最前沿的研究组竞争，不管中间有多坚苦，都不会改变我们的信念。这也是我插手创新研究院的原因。”朱晓波说。据悉，在创新研究院，朱晓波除了本身的学术团队，尚有一支近30人的团队为他们提供支撑处事。
“创新研究院的浸染就像泥土。”潘建伟说，“在单个研究小组中，许多种子只能长成花盆中的盆景，但在创新研究院多学科交错融合和协同创新的模式下，我们但愿每颗种子都能长成参天大树。”
今朝，科技创新2030—重大项目“量子通信与量子计较机”实施方案已形成，专家组一致发起尽快启动。作为我国量子科学规模研究的领军机构，创新研究院将牵头负担起这一重大项目，出力办理量子信息与量子科技规模一系列前沿科学问题，打破一系列要害技能和焦点器件，培养形成量子通信等计谋性新兴财富。
加快加快再加快
20年前，潘建伟最常被问到的一个问题是：量子信息科学，欧洲美京城方才起步，我们为什么此刻要做？每次他都耐性讲授量子科技革命的意义，功效却不尽人意。“难度太大”“不靠谱”“做不成”是他最常听到的评价。
潘建伟认为那段时间是本身研究生涯中最坚苦的一段时期：学科偏向不被领略，申请经费四处碰鼻。
#p#分页标题#e#2002年，潘建伟提出自由空间量子通信的构思，同样遭到了各界质疑。一筹莫展之时，他接连从中科院得到了“第一桶金”“第二桶金”。在一次项目申请会上，面临诸多质疑声，其时中科院分担基本研究和人才引进的率领讲话强调：潘建伟发过许多高质量文章，获得了国际承认，科学院作为支持原始创新的机构，能不能让他试一试？
就这样，潘建伟拿到了中科院的经费。他很快在2004年底举办了海内第一个自由空间尝试，在合肥缔造了13公里的双向量子胶葛分发世界记载，而此前的国际记载是600米。由于整个竖直大气层的等效厚度为10公里阁下的近地面大气，实现了13公里的量子胶葛分发就意味着光子可以或许打破大气层，有效验证了星地量子通信的可行性。
到了2009年，当潘建伟向着实现星地量子通信的空想尽力前进时，主要的质疑声依然是谁人问题：卫星量子通信，外京城没人做，我们是否太莽撞？当时，我国以业务卫星为主，科学卫星渠道很少。要害时刻，又是中科院前瞻性地设立了空间科学先导专项，“墨子号”幸运地成为专项支持的首批科学尝试卫星之一。
潘建伟没有辜负期望。“墨子号”和“京沪干线”激发的“蝴蝶效应”是庞大的——西欧国度明明加速量子通信规模的机关，同这两项工程在我国率先乐成实施直接相关。
“中科院能相信我的科学判定，让我往前走一步，是需要勇气的。而我们可以或许20年来僵持在科学上绝不动摇，也是因为有中科院体制的支持。”潘建伟强调说。
支持越大，责任就越重。“墨子号”是一颗低轨卫星，天天颠末中国上空两次。王建宇透露，在国度支持下，创新研究院打算再设计一颗高轨卫星，以便将来可以随时随地做尝试。“这次的难度就不是扔硬币了，大概比纽扣还要小，但我们已经在筹备了。”
印娟则先容，创新研究院正在着手拟定相关模式尺度并推广到全球，等将来建起一张全球量子卫星通信网时，我国将发挥主导浸染。
2017年11月，美国开始禁运量子暗码相关设备和器件，12月又扩展到包罗整个量子信息和传感等14个规模。随后，欧洲也连续开始禁运相关设备。
“以前我们能在全世界购置机能好的元器件，厥后他们不卖了，我们只好买质料加工。好不容易加工品质提上来了，高品质的原质料又不卖了。此刻更糟糕，每每跟量子信息加工有关的产物都不卖了。”潘建伟说。
做分子束外延的中国科大传授霍永恒就是在这样的环境下被引进的。他坦言：“假如在10年前未必会引进我，但此刻差异往日，我们只能本身做。”
近几个月，潘建伟感想本身的思想转变很大。“以前是集玉成球的创新要素做创新，此刻就必需思量，假如别人什么都不给，我们还能不能创新？！”
在他看来，这更说明从卓越中心转到创新研究院的须要性。量子信息科学有明晰的应用导向，创新研究院的方针亦不只仅是颁发文章，完成转化应用才真正实现了科技创新的代价。“再不加快就真的只能逗留在基本研究了”。
今朝，量子通信是创新研究院四大偏向中最靠近于实际应用的偏向。量子保密通信“京沪干线”全长2000余公里，今朝正在国度有关部分的支持下拟定尺度，为未来量子通信干线的贸易运营和局限化应用奠基基本。在面向世界科技前沿和国度重大需求的量子紧密丈量、量子计较、量子传感等方面，创新研究院也将为技能成长作出重要孝敬。
#p#分页标题#e#“创新研究院必然方式跑，否则就酿成了‘跟踪研究院’。此刻国际上追赶的速度很快，许多方面我们还要向别人进修，丝绝不敢懈怠。”对付将来，潘建伟如是说。
《中国科学报》 (2019-07-12 第4版 纪实)
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