中国量子光学先行者：在国内反对声中震惊世界
军事要闻中国科学报2013-10-16 07:42我要分享 585

资料图：郭光灿

见习记者 赵广立

郭光灿在中国科技大学修读无线电专业的时候，量子力学是基础课。当时全校参加量子力学这门课考试的有200多人，一半人考不及格。

郭光灿考了满分5分。

但是他还是不懂。“量子世界太神秘了，很陌生，但又很诱惑我。”从那时起，郭光灿就盘算着要研究量子光学。

“我这个人就是有这样的兴趣，我不了解的，就想弄明白。”

书生意气挥斥方遒

郭光灿30岁时，国内对激光的理论研究，大概分为全经典、半经典和全量子理论三种。当时看来，经典理论已经成熟，半经典也趋于完善，足以解释几乎所有的激光现象，都认为没必要再去搞量子。当郭光灿决定要去研究“量子光学”的时候，听到的几乎都是反对和质疑声。

“完全是一种好奇，我大概是国内第一个认为，这可能很有趣——我有对奥妙的追求。”他想都没想前途的事。

他开始去旁听理论专业研究生的课程，却还是不太清楚玄妙的“量子”。

1981年，他被公派到加拿大访问学习。在多伦多大学郭光灿才发现，国际学术界开展量子光学研究已20多年。

1983年，第五届国际量子光学会议在美国罗彻斯特大学召开。参加那次会议的中国人只有8名。会后，几个中国年轻人，血气方刚，畅谈直至凌晨两点多。聊中国科研落后，甚至没人懂量子光学！他们觉得应该把祖国在量子光学领域的科研搞起来。他们相约：谁先回国，谁就来组织国内的队伍。

郭光灿先回国。第二年，他在安徽琅琊山醉翁亭，召集了全国量子光学会议，当时仅有50多人参加——大家是来瞧新鲜的。

郭光灿不馁：总算有人知道量子光学了。

震惊量子光学界

毕竟国外20年前就开始做了。跟着做想赶超？太难。上世纪90年代初，郭光灿接触到一个新词：量子信息。他想，这可能是个突破口。

可他连“经典信息”都不清楚。于是他请来中科大信息学院的教授，从“0101”开始学编码。他们找了一个题：量子编码。

“量子性很容易受干扰而被破坏，有人提出用编码的办法，保护信息不受干扰。但是很难为量子编码。国际上，一开始是11个码编1个，后来9个编1个。有人证明至少5个编1个。”

“这个领域刚刚开始，遍地是黄金。”郭光灿坚信。

后来证明他是对的。当时所做的编码、量子比对，都是独立的消相干，“我们来一个集体消相干会怎样？”

还真算出了名堂。“集体消相干”更省事：他们把不会消相干的特殊量子态称为“无消相干子空间”，只在需要的时候再把会消相干的量子编码到这个态上，来避免出错。在国际上，人们称之为“量子避错编码”。

“量子避错编码”成为三种不同编码原理之一。

1997年，郭光灿的该文章发表在《物理评论快报》，震惊了国际量子光学界：中国居然在量子光学上有这样的成果。

“中国人是能够超过他们的”

一个量子信息不能克隆成两个一模一样的量子信息，叫做量子不可克隆。

有人就说，克隆不成功也可以。对一个量子信息进行克隆，克隆出的信息与原信息的相似程度叫保真度。保真度小于1，就不一样；保真度等于1，就完全一样。

“我们就提出一个新的克隆原理。克隆机成功克隆一个信息，留下来；不成功的丢掉，成功的最大的效率是多少？”郭光灿说。

郭光灿课题组算出来这个极限，并命名为“段—郭界限”。这个界限不可逾越，否则违背量子力学，也称为“段—郭界限不可逾越”。

这是他们发表在《物理评论快报》的第二篇高水平文章。此时，郭光灿在国际上已经有了一定的知名度。

2000年，郭光灿研究组凭借“利用光腔制备两原子纠缠的方案”研究再次引起世界瞩目。后来，法国科学家沙吉·哈罗彻用实验证明了这一理论。他在实验成功之后给郭光灿发了一封邮件说：我们祝贺你，我们在实验上把你的方案做成了。

沙吉也没想到，十年之后，他借此获得了2012年诺贝尔物理学奖。

同领域的一名国际审稿人惊讶于郭光灿课题组的成果，感慨：“我们怎么就没想到？”郭光灿回应道：“我们中国人是能够超过他们的。”

中国的声音

量子信息方兴未艾，对国家来说，仅靠一个研究组是不行的。中国的量子光学要尽快步入世界前列、实现赶超，是一直萦绕在郭光灿脑海中的问题。

“我想了各种办法，去吸引国内更多年轻人从事这个领域，让领导和学术界能够更了解这个领域。”著述《量子光学》教程，在《物理》发科普论文，参加会议……郭光灿奔走呼告。

1998年，郭光灿组织量子信息香山科学会议。他致信钱学森，提出我国应该以“两弹一星”精神推动量子信息的发展，抢占先机。

“这个领域太新太小，当时我还挺天真，就想找全国最牛的，邀请钱老做香山会议的主席。”郭光灿回忆说。

是年，钱老已离不开轮椅。但他很快回了信，“你说的都很重要，我很支持你”。

郭光灿后来找到王大珩。王大珩专于经典光学，但他触类旁通，马上意识到了量子光学研究的意义，欣然同意。他说：“中国人必须在这个领域有自己的声音”。

这话落在郭光灿心窝里，眼眶一热。

彼时，恰逢香山会议五周年纪念。在五周年庆祝会上，会议主持人张焘邀请了18人作报告，前17人是政要和院士，第18个是当时名不见经传的郭光灿。

报告效果非常好——与会的大家从没有听过量子信息，听完他的报告，大家很吃惊：还有这么个领域？

燃星星之火，成燎原之势

自1998年，郭光灿开始申请“973”项目。他认为，“973”瞄准的是“国家重大需求的基础研究”，而将来量子信息、量子密码都是国家需要的，应该得到资助。

然而第一年、第二年把材料送到科学院，杳无音讯。当时专家组的部分专家认为，经典信息尚未研究清楚，还搞什么量子信息？

直到2001年，当时国际上量子信息已经比较火了，国内也逐渐意识到其重要地位。郭光灿在第四次申请之后终于拿到了中国量子信息领域的第一个“973”项目。

“其实一个国家在这个领域整体水平提高了，个人才能更高，没有这个背景，孤军奋战不会有大发展，这是相辅相成的。”郭光灿说，“我就是要把整个领域带起来。”

他把国内“想要做的、有可能做的”主要队伍都拢了起来。1个“973”项目，8个课题，十几个单位，50多位研究人员。

五年后项目结题时，成绩斐然。这个成绩，不仅是取得一批杰出的研究成果，更在国内建立了若干科研阵地，尤其是培养了一支具有开拓创新能力的科研队伍：该“973”项目中的4名课题组长也被评为院士。

“这支队伍将在以后发挥非常重要的作用。”郭光灿很满足，“如果当时就我一个队伍，别人都不发展，那也不会是现在这种局面。我现在很高兴看到我国在这个领域的蓬勃发展。”