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【科学新闻】“土鳖”的创新摇篮——走进中科院量子信息重点实验室

发布时间:2013-11-29



十一年前,中科院量子信息重点实验室主任郭光灿还只是名普通教授。当他带着几个研究生跑去申请国家自然科学基金委员会(下称基金委)设立的“创新研究群体科学基金”时,差点被“毙掉”。
 
“你们的方向很好,工作基础也很好,但是队伍太差。”基金委方面几番考量后才批准了他们的申请。
 
但近年来,实验室多年积累的成果开始厚积薄发:2012年评选上1个“杰青”、2个“优青”;今年又评选了1个“杰青”,1个“优青”。
 
“我们的成果在爆发,人才成长在爆发,作为人才摇篮的作用,十几年的积累到这时也出来了。”一提起实验室的创新人才培养,中国科学院院士郭光灿一扫出差回来的疲惫,兴奋地说。
 
郭光灿的实验室队伍有个特点,就是以“土鳖”居多,大多都是从学生时期就一直跟着郭光灿的中国科大“土著”。
 
在国家大力吸引海外人才支援科技事业的背景下,很多实验室的科技骨干都是引进人才。但郭光灿却凭借自己独到的眼光,培养出了一支富有创新开拓精神和冲击国际科研前沿能力的学术队伍。
 
做“敢死队”的后援团
 
“年轻人,为什么这么在乎当下呢。”量子信息重点实验室教授郭国平从18岁起就跟着郭光灿,至今,他还清楚记得第一次郭光灿对他说的话。
 
2010年,年仅33岁的郭国平获得科技部A类国家重大研究计划(“超级973”)科技专项“固态量子芯片研究”重大项目,并于今年成功在“一个电子”上实现10皮秒级量子逻辑门运算,将原世界纪录提高近百倍,为基于半导体的“量子计算机”的实现迈出重要一步。
 
但从当下的评价体系来说,量子芯片领域的研究,不仅难度大、风险高,而且从发文章的角度看,“产出收益”也未必好。连郭国平自己都说,当时很多老院士都称这是“愣头青”干的事儿。
 
但这不是郭国平做的第一个“愣头青”的决定。他一直在中国科大学习量子光学,在博士三年级时,他突然觉得量子信息现有的研究已经不足以吸引自己了。
 
在郭光灿的大力支持和资助下,郭国平远赴日本NEC中央研究院访学。结果不到半年,郭国平就回来了。
 
“老虎跟猫学爬树,他不会教你的,肯定要自己学。”他走到郭光灿面前说,“我不再写文章了,后面两年我要去选修固体物理的课,行不行?”
 
当时,郭光灿看到了未来实验室的战略部署需要固态物理,但实验室的研究人员多数都是光学专业的。于是“大小郭”一拍即合。当时不到30岁的郭国平开始负责建立国内首个半导体量子芯片研究组,竞争国际量子计算机的制高点。
 
想搭建实验平台,一台仪器就要350万元。郭光灿相信半导体量子芯片是有前途的,便将实验室所有能调动的资金都先投入到郭国平的实验平台。但还是远远不够。郭光灿就以自己和整个实验室作担保,又向学校借了800万元。
 
“要赶快把实验条件做成。我们有理论、有想法,但是实验科学只有做过了才知道。”郭光灿坚信,“就算失败了,对国家的工业和技术发展也是有好处的。”
 
郭光灿“借钱过日子”的“超前消费观”在学校是出了名的。为此,学校免了这800万元的欠款,还又支持了他200万元。
 
“我们就像社会主义大家庭一样,这十几年各种经费大项目都是实验室统筹使用。哪儿需要加什么,我们就把钱买仪器。现在每个‘摊子’都有国际一流水平的硬件条件。”郭光灿说。
 
“玻尔会不高兴的”
 
在过去的一百多年间,哥本哈根学派的玻尔互补原理一直统治着量子力学界。它认为,光子的波粒二象性是“对立互补”的。如同一枚硬币的两面,只能看到其中一面,不可能同时看到另一面。
 
但是实验室的李传锋研究小组2012年9月发表在《自然—光学》杂志的论文则宣称:他们同时看到了光子的波动性和粒子性。
 
“南京大学电子科学与工程学院院长施毅告诉我,他们的量子物理课本来要讲玻尔的互补原理。但现在他们也要把我们同时看到波粒二象性的文章拿出来讲。”郭光灿对外都这么夸奖自己的弟子。
 
但在实验室,他却要求大家有一种“我创新故我在”的劲头。
 
今年年初,郭光灿把李传锋叫了过去,抽出三本书来说:“量子力学的书好像都解释不了你们的实验,太牛了。”
 
李传锋憨憨一笑:“是啊,我们希望把玻尔的理论扩展一下,把我们的结论包含进去。”
 
郭光灿听了,却微微一皱眉:“玻尔根本不会像你这么想,你这种说法玻尔都会生气的。你应该更有创造力,把玻尔的理论推翻。”
 
这不仅是郭光灿的“野心”,也是整个实验室的。
 
就在近期,实验室的史保森研究小组在国际上首次实现了携带轨道角动量、具有空间结构的单光子脉冲在冷原子系综中的存储与释放,证明了建立高维量子存储单元的可行性,迈出了基于高维量子中继器实现远距离大信息量量子信息传输的关键一步。
 
麻省理工学院的Technology Review网站更以“第一个存储单光子形状的量子存储器在中国揭开面纱”为题,对研究室的发现进行积极评价。
 
没有第一的竞赛
 
郭光灿眼光“毒”得很。
 
他是国内第一个做量子光学的。三十多年前,国内没有人支持他做量子光学,甚至把量子信息称为“伪科学”。
 
“刚开始,郭光灿的工作没人重视,按他自己的话说,‘坐了十多年冷板凳’。” 原中国科大副校长韩荣典说,“哪个新学科不是坐冷板凳?但他坚持下来了,还培养了一大批出色人才。”
 
在郭光灿的这场“科学赛跑”中,没有第一名。
 
他赶上了全球量子信息发展的萌芽期,熟知量子信息发展动态。因此,他做科研从来不紧跟风国外,而是前瞻性地进行战略部署。
 
1999年,实验室在中科院实验室评比中获得第一名。郭光灿借助350万的奖金,将对国家安全至关重要且容易出成果的“量子密码”作为突破口,在国际上首次解决了量子密钥分配过程的稳定性问题,经由实际通信光路实现了125公里单向量子密钥分配。
 
两年之后,他又布局量子信息最核心的资源——量子纠缠。2011年,《自然—通信》在线发表了李传锋、黄运锋研究组独立制备出的八光子纠缠态,刷新了多光子纠缠制备与操作数目的世界记录。
 
单是光学和量子信息是不够的,因此郭光灿又与郭国平一起部署了半导体量子芯片研究平台。
 
当时正好赶上金融危机,美国实验室 都 在降价处理仪器设备。实验室便远赴大洋彼岸的美国挑选了5台“五脏俱全”的“二手货”,建起了成熟的量子芯片加工平台。随后,郭光灿又派研究人员到苏州纳 米所学习微纳加工,建立起以考核技术进步为主的评价标准,培养出一支优秀的研究队伍。
 
2004年开始,除了“看家”的理论组方向外,郭光灿又部署起新的量子光集成芯片方向,进行微腔小球研究。
 
“我们的四个实验研究方向是把握了学科发展的趋势,结合自己的特长,逐步做出了前瞻性布局。”在郭光灿看来,做研究不能让国外牵着鼻子走。
 
英雄不问出处
 
董春华读博时,就已经将微腔小球研究做到了世界最高水平。
 
但在当前的政策下,对于非“海归”的董春华来说,想要留校几乎是不可能的。为了留下董春华这个人才,郭光灿再次慷慨解囊,用实验室经费支持董春华去合作伙伴——俄勒冈大学物理系攻读博士后。
 
当时有人问郭光灿:“你要不要跟他签个协议,会不会放出去就不回来了?”郭光灿自信地说:“我们相信他能回来,这里才能发挥他的作用。”
 
果不其然。两年后,董春华在《科学》杂志以第一作者发表文章,并带着世界上最耀眼的光机械研究方向回到了实验室。
 
“我们自己培养人如同帮病人养血,调理好生血的机构。引进人才如同输血,忽视增强自己的造血机能,是不正常的。”郭光灿说。
 
李传锋招学生,唯一看重的就是是否热爱物理。“如果你喜欢物理就来,如果还有其他选择,想去发财就去发财”,李传锋在给学生许金时面试时如此说。
 
许金时本科毕业于福建师范大学,对量子信息所知甚少,实验基础也很差,但就是热爱物理。于是,李传锋就把他招进来一同建立量子纠缠实验室。
 
大半年的时间,李传锋都在实验室陪着许金时。两人整晚整晚地讨论如何搭建实验平台、寻找光子纠缠对儿,不断优化实验。最终,许金时毕业时已在《自然》杂志子刊发表了两篇文章,并获得了“全国百篇优秀博士论文”物理排名第一,今年更是成功入选“优青”。
 
“有些人觉得只有引进的人才才是人才,国内‘土鳖’不是。我想证明这点:我们自己能培养世界一流的科学家。”郭光灿如是说。■
 
《科学新闻》 (科学新闻2013年第11期 封面)