周飛：量子在眼前，世界在腳下

李瀟雨

量子力學(xué)究竟有多遙遠(yuǎn)？對普通大眾來說，距離最近的時(shí)刻，或許就是看大火的電視劇《三體》的時(shí)刻。甚至有不少網(wǎng)友表示：從未對物理學(xué)研究產(chǎn)生如此濃厚的興趣，追劇追到夜不想寐。

量子糾纏效應(yīng)，被愛因斯坦稱為“幽靈般的超距作用”，因?yàn)榧m纏的粒子之間，似乎違背了狹義相對論。在電視劇《三體》中，從量子到質(zhì)子，再到“智子”，微觀世界的物理學(xué)原理讓追劇狂人們燒盡了腦細(xì)胞?？苹眯≌f家想象中的“物理學(xué)不復(fù)存在”的事情真的可能發(fā)生嗎？我們迫切地想要得到一個(gè)相對淺顯且直接的回答。但當(dāng)我將這個(gè)疑問拋給濟(jì)南量子技術(shù)研究院的副院長周飛時(shí)，他卻開懷地笑了：“天體跟量子，隔行如隔山?！?/p>

不可否認(rèn)，《三體》等科幻小說與電視劇，讓更多的普通人主動(dòng)地去了解物理，了解微觀世界。而以量子力學(xué)為代表的前沿物理研究，則正在改變我們的現(xiàn)實(shí)世界，周飛就是“變革者”之一。

以墨子之名，讓中國引領(lǐng)世界

周飛與量子的“初遇”是在讀本科時(shí)模擬電路課的課堂上。那是他第一次聽到潘建偉這個(gè)名字——我國著名物理學(xué)家，全國乃至全球量子信息科學(xué)研究的開拓者。那時(shí)的他一定想不到，未來的自己將師承潘建偉，進(jìn)入量子研究領(lǐng)域。2022年，諾獎(jiǎng)組委會將物理獎(jiǎng)授予了在“糾纏光子實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證違反貝爾不等式和開創(chuàng)量子信息科學(xué)”方面做出貢獻(xiàn)的三名歐美科學(xué)家。頒獎(jiǎng)儀式上，諾貝爾物理獎(jiǎng)評委托爾斯·漢斯·漢森在解讀獲獎(jiǎng)成果時(shí)，展示了一張含有中國量子衛(wèi)星的圖片。他說：中國量子通信衛(wèi)星圖彰顯了物理學(xué)的國際合作，更體現(xiàn)了中國在這一研究領(lǐng)域的貢獻(xiàn)。

讓祖國在量子衛(wèi)星和量子通信研究方面走在世界前列，是周飛一直在努力的。他同時(shí)還有一個(gè)愿望，是讓國人了解這個(gè)事實(shí)，并為此驕傲。所以，對于量子技術(shù)的科普，他始終堅(jiān)持，不敢懈怠。為此，濟(jì)南量子技術(shù)研究院建成了集知識普及、成果展示、體感互動(dòng)于一體的量子科技綜合展廳，打造了山東首個(gè)以量子科技為主題的科普教育基地，還會定期舉辦科普沙龍?！盀榈氖且鹬匾暋@取支持，最重要的，是要建立國人的文化自信?！?/p>

但，文化自信只靠科普還不夠。2016年8月16日，由我國自主研制的世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星——“墨子號”的發(fā)射升空，就為這份自信找到了資本和底氣?！澳犹枴笔沽孔油ㄐ偶夹g(shù)的應(yīng)用終于突破了距離的限制，促進(jìn)了廣域乃至全球范圍內(nèi)量子通信的最終實(shí)現(xiàn)。以我國科學(xué)先賢墨子之名命名量子衛(wèi)星，也是團(tuán)隊(duì)對于文化自信的傳達(dá)。

“墨子號”正式發(fā)射之前的地面實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了三年之久，實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)經(jīng)多次考察后，設(shè)在青海湖湖心偏南，一座名為海心山的小島上?！啊犹柕淖罱K歸宿是上千公里外的太空，但其縱向的光傳輸?shù)拇髿馑p程度只相當(dāng)于地面上橫向的十公里左右，所以我們只需在地面測十公里以上，到了太空層面，我們的衛(wèi)星發(fā)射信號即可以滿足大氣衰減要求了?！?/p>

回想當(dāng)年，周飛覺得地面測試中衛(wèi)星的功能性問題對于團(tuán)隊(duì)來說并不是難題，“但就是‘體力勞動(dòng)會讓我們吃不消”。青海湖湖水為咸水，團(tuán)隊(duì)的日常用水都來自他們手提肩扛回來的井水?！白∷x井口也就兩三百米遠(yuǎn)，但三千多米的海拔，要扛著25斤的水桶走下來，還是不容易，通常是歇了四五次了，回頭看看，才走了一點(diǎn)點(diǎn)路。”

2019年12月30日，全球首個(gè)小型化可移動(dòng)量子衛(wèi)星地面站與“墨子號”在濟(jì)南首次對接成功。23時(shí)31分44秒，漆黑的濟(jì)南東北部夜空中出現(xiàn)了一個(gè)耀眼的綠色光點(diǎn)，光點(diǎn)隨著衛(wèi)星的移動(dòng)而移動(dòng)。量子衛(wèi)星地面站經(jīng)過自動(dòng)搜尋準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)了與“墨子號”衛(wèi)星的對接！在場的人無一不為此歡呼雀躍！

以量子之力，鏈接現(xiàn)實(shí)與未來

在量子研究領(lǐng)域，屬于濟(jì)南的首次和首個(gè)也絕不僅限與“墨子號”的成功對接。2022年7月27日，世界首顆量子微納衛(wèi)星“濟(jì)南一號”在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心搭載“力箭一號”運(yùn)載火箭成功發(fā)射！不同于“墨子號”，微納量子衛(wèi)星面向的是商業(yè)化和量子產(chǎn)業(yè)化。

為什么是濟(jì)南？為什么濟(jì)南會獲得為首顆量子微納衛(wèi)星命名的榮耀機(jī)會？一切還要從周飛初到濟(jì)南說起。

2010年2月10日，山東省政府與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)簽署科技成果轉(zhuǎn)化合作協(xié)議，來年5月16日，中國科學(xué)院量子技術(shù)與應(yīng)用研究中心暨濟(jì)南量子技術(shù)研究院揭牌儀式在山東舉行。這是我國最早成立的量子領(lǐng)域?qū)ｉT研究機(jī)構(gòu)。

雖然有各方的資源和政策支持，但這個(gè)從零開始的機(jī)構(gòu)踏上的，仍然是一條拓荒之路。對此，周飛記憶深刻，從開設(shè)各類賬戶，到建立組織架構(gòu)，再到起草建院方案，還有如前文提到的，向大眾普及量子知識、介紹濟(jì)南量子技術(shù)研究院，都是他一度的重點(diǎn)功課。

十余年的時(shí)間過去了，“濟(jì)南在量子通信的產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化方面走在國家的前列，也是國際的前列”?！拔覀儩?jì)南院，包括我的團(tuán)隊(duì)，一直與中國科大聯(lián)合，開展小型化地面站的研制，小型化地面站面向的就是‘墨子號‘濟(jì)南一號般的量子衛(wèi)星。有了地面站，有了‘濟(jì)南一號，我們才可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)星地鏈路的鏈接，就此開展后續(xù)的天地鏈路、地面鏈路的結(jié)合，構(gòu)建天地一體化的廣域的量子通信網(wǎng)絡(luò)。”

量子時(shí)代，勢不可逆。如今，在周飛及其科研團(tuán)隊(duì)的努力下，最大規(guī)模實(shí)用化城域量子通信網(wǎng)絡(luò)“濟(jì)南量子通信試驗(yàn)網(wǎng)”和首個(gè)商用化量子通信網(wǎng)絡(luò)“濟(jì)南市黨政機(jī)關(guān)量子通信專網(wǎng)”相繼建成，已投入使用多年；全球首套小型化可移動(dòng)量子衛(wèi)星地面站在濟(jì)南實(shí)現(xiàn)與國家量子骨干“京滬干線”和“墨子號”互聯(lián)互通；實(shí)現(xiàn)500公里量級現(xiàn)場無中繼光纖雙場量子密鑰分發(fā)，創(chuàng)造商用光纖量子通信距離的世界紀(jì)錄……

未來已來?！坝?jì)算、精密測量，甚至是導(dǎo)航與天氣預(yù)報(bào)，你能想到的所有領(lǐng)域量子都可以介入。”在周飛看來，科研的征途不盡平坦且無盡頭，“好在，我們已經(jīng)走在了世界前列”。

（感謝共青團(tuán)山東省委對本次采訪的大力支持? 編輯/王立群）