科学是什么?
是在学术荒原踽踽独行的坚韧
是求新知、走新路的无畏勇气
更是在混沌中开辟道路的战略智慧
为弘扬科学家精神
讲述新时代中国科技成就
中央广播电视总台与中国科学技术协会
联合摄制的纪录片
《中国科学家》
正在CCTV-10 科教频道热播
今日,与您分享
第2集《中国科学家·郭光灿》
郭光灿,中国量子光学和量子信息科学的开拓者。
著名的思想实验“薛定谔的猫”
就描述了一只“既死又活”的
“量子叠加态”的猫
量子纠缠
被爱因斯坦称为“鬼魅般的超距作用”
两个粒子无论相隔多远
状态会瞬间关联
在中央广播电视总台的跨年科技秀“科晚”上,郭光灿用两只袜子,讲解了量子纠缠的关联特性。
袜子一个白一个黑,因为它们两个已经有关联了,这是我们生活中的一种关联的现象。量子纠缠就是量子客体之间的量子关联,这个关联就是我们所谓的量子纠缠。
科幻电影中,也经常用量子力学的概念,制造奇观。比如瞬间移动的过程就是典型的量子传输。尽管科幻电影中的效果还没有变为现实,但量子通信、量子计算、量子测量等领域,都在向颠覆经典物理学的方向飞速发展。
20世纪80年代,郭光灿将量子光学引入国内。随后,又开拓了量子信息领域。高举照亮微观世界的火炬,将量子科学带入国内同行与公众的视野,这项工作,郭光灿已经持续做了四十多年。
首择 “少数派”:异国图书馆的孤灯独影
时间回到四十年前,郭光灿开始研究量子时,周围却几乎无人理解。
这张老照片,记录了1984年第一届量子光学会议的场景。会议的组织者也是郭光灿。但那次会议,大家对量子光学很多基本概念都没搞清楚,与会人员寥寥无几。
这是第二十一届全国量子光学学术会议,与会者近千人,来自全国各大高校、科研院所,涉及通信、计算、测量等重要领域。量子科学,已然成为中国科学领域的显学。郭光灿在大会上说:“现在我们量子信息在国际上地位是第一梯队,现在量子光学已经成为物理学科的一个重要基础学科。”
从滁州琅琊山门可罗雀的盛夏,到福建人才济济的海滨,这两次量子大会间,是郭光灿四十多年的坚守。
1978年,“科学的春天”来临。众多科学研究重启时,郭光灿却选择了一个鲜有人知的领域。
郭光灿想到,有一个领域在国内没人做,那就是量子光学,用量子力学的理论来研究光的现象。所有人都告诉郭光灿量子方向没什么用处,不要搞,但是郭光灿自己却认为他必须搞一些新的东西。
1981年,郭光灿开始研究量子光学,获得了公派留学机会,去往加拿大多伦多大学。他惊讶地发现,当时国内无人问津的量子光学,在这里,却已焕发勃勃生机。
这张在美国罗切斯特大学的合影,记录了郭光灿参与的一次国际量子光学会议,上千人的会议,只有八个中国人参与。
到了多伦多以后,郭光灿发现量子光学在国外已经比我们早了20年,国外的研究成果已经非常多了,量子光学的理论也建得非常完善了。
郭光灿第一次科研道路的选择,刚刚开始似乎就走上了穷途,国外已经深入研究的理论,还有继续的必要吗?
20年前国外的科学家就证明了郭光灿当时的猜想,只是国内并不知道,“我是无知,我要去知,我把它那套理论学透了,来用到我这儿来做研究”,这是郭光灿当时的心态,他从没动摇过。
求新知,走新路。郭光灿坚定信念。
国外丰富的量子光学研究资料,让他如获至宝。深夜的多伦多大学图书馆,复印机旁,一个中国人来回忙碌的身影磨短了夜。
郭光灿晚上会到图书馆里,把所有能找到的资料都找到,然后全部复印,最后带着一箱子的书回去。
1983年9月下旬,郭光灿如期回国,这次,他随身带回了几大箱书。
他将这些资料整理汇总,逐字刻写、油印成书,这就是中国最早的量子光学教材,至今还是年轻学者们必备的入门书籍。
留学回国后,郭光灿在教研室成立了一个单独的学术研究组——量子光学研究组,很长一段时间里,这个组里只有郭光灿一个人,孤独地进行着研究。
四十年前,郭光灿感觉到了,他意识到自己要追求这种奇怪的东西,“我不明白它是什么,我去追求”,这是郭光灿选课题的原因。
再选 “少数派”:千金难换的一封回信
20世纪90年代,万维网诞生,全球信息共享的新时代到来,量子信息悄然萌发。
那时,郭光灿注意到量子信息这一国际前沿领域。郭光灿觉得它对人类社会、对国家非常重要,比如说量子计算机、量子密码、量子传感等。在深度学习国外量子研究文献后,郭光灿果断决定转变方向,主攻量子信息,他认为这个领域就是他要找的科研方向。
但当时郭光灿甚至连信息学都不太了解,为什么他会选择这个陌生的研究方向呢?
“我一直在想,如何在科研上能够突破,能够跟国际竞争,靠量子光学是不行了,这个领域已经完整了,你找不到很好的重大突破的课题。”
1989年,郭光灿已然是国内量子光学的奠基人。这一年,他刚成为博士生导师。放弃得来不易的科研成果,他再次“从零开始”,选择了一条更艰苦的路。
要想深入研究量子信息,需要更多的实验器材才能展开科研。为筹措资金,郭光灿又开始了四处奔波,却屡屡碰壁。“虽然我碰到困难,谁没有困难,哪一个成长没有困难,所以我心里也坦然地对待这些困难,不给我钱也是应该的”,领导和专家并不懂郭光灿的研究领域。所以怎么能让他们懂,郭光灿就怎么做。
1993年,为探讨重大学术项目,国家科学技术委员会发起“香山科学会议”。1998年,郭光灿谋划参与一场量子信息领域的香山会议。
郭光灿给钱学森写信,诚挚邀请他来主持香山科学会议,并向他报告了量子信息的发展情况,希望他能够出来组织这个领域。钱学森回信写道,“我很同意您说的我国应统一组织全国力量攻克量子信息系统的技术问题。”
这封信,就是当时钱学森给郭光灿的回信。
钱学森先生的来信,极大地鼓舞了当时忧心量子信息发展的郭光灿。但遗憾的是,钱学森因身体原因未能出席。
郭光灿便找到了王大珩,王大珩先生是“两弹一星”的功勋,郭光灿向王大珩汇报了量子的重要性,老先生就听懂了,听进去了。
虽然他与郭光灿不是一个学科,但王大珩是个战略家,他看得很高,他就知道你说的这个东西非常有意义,他还说了一句令郭光灿终生难忘的话:“在这个新兴的领域里必须有中国人的声音。”王大珩先生欣然同意,并且后来也得到王大珩先生的多方面支持。
学术泰斗们看懂了郭光灿的战略眼光,也读懂了他对祖国的拳拳赤子之心。
2000年,连续四年申请,郭光灿终于拿到了中国量子信息领域的第一个“973计划”项目,获得2500万元的科研资金,那年,他58岁。
如今郭光灿实验室,在量子存储、量子通信、量子密钥等领域,均取得了重大突破。
人工智能等前沿技术相继爆发,量子计算机的强大算力将成为支撑人工智能运算的最佳方式。在科幻电影《流浪地球》中,MOSS就是一台算力极其强大的量子计算机。
2024年1月,郭光灿团队研发的超导量子计算机“本源悟空”上线运行,向全球用户限时免费开放,标志着中国正式进入量子算力“可用”时代。
人生路上的拓荒者,学术原野上的带头人。郭光灿以绝佳的战略眼光,开拓着科学的疆土。这种对科学研究的战略眼光,引领着郭光灿第二次选择做量子领域的“少数派”。
“少数派” 背后:东海之畔少年的求知目光
从0到1的路,从来都不好走。
要想建立一个新学科,很难,单枪匹马一个人,更难。“我是什么资源都没有,我是既没有导师又没有学术界的朋友,都没有,所以我搞这个非常冷门的学科,是在完全孤立无援的状态下开始的,完全靠我一个人在那儿奋斗”。这就是郭光灿的难点。
于茫茫的学科荒原,独行踽踽,不群而介立。是什么塑造了郭光灿开拓者的坚持?
倔强向前的身影,依稀间,有母亲的影子。
1942年,郭光灿出生于福建泉州一个贫困的渔民家庭。父亲早逝,母亲一人将他们兄弟三人养大,并坚持将他们送入学堂学习。“不跟人家脚步走,我自己闯一条路”,郭光灿回忆,他有这样一种潜意识在推动他。
郭光灿的母亲对他影响很大,生活艰苦,但是从来没有低头,“我们全村没有一个家,像她这样,穷到这个地步了,你还要让孩子去念书。”这种驱动在无形当中影响着郭光灿,“我做研究,我要搞一个别人没有做的,我来第一个做。”
闭塞的小渔村,当村人弓着身向大海讨生活时,母亲教会了郭光灿抬起头仰望星空。那道目光,始终温暖着郭光灿前行的路。
“到了中学念书,我的心态很简单,我们家很穷,读书改变命运,这就是我当时追求的一个动力和理念。到了大学以后,这个观念发生了根本性的变化,就读书要改变我们国家的贫穷落后的状态,而不是个人的命运”。郭光灿认为他是在大学里思想升华到这个地步的。
郭光灿成长于中国科学技术大学,1958年,为发展新中国尖端科技、服务“两弹一星”事业,华罗庚、钱学森、严济慈、赵九章、赵忠尧等一大批名师大家亲自登台授课。
台上,各领域的学术领头人绘制蓝图,台下,年轻的“郭光灿”们一步一个脚印走出中国科技的未来之路。
不懈地攀登科学高峰,在“冷板凳”上独坐多年。如今量子在国内早已成为显学,但郭光灿还是停不下脚步。“我这一辈子不能白这么过去了,还是得做点事,所以当时也没感觉到累”。
郭光灿认为需要更多人为国家做事情,他要教育,要培养人,要更多的队伍,团结大家来做事情。有一些新兴学科方方面面的工作都要做,需要大量的人才,这个比较艰苦,要一代一代地做,就需要更多人。
从开始带学生起,所有文章郭光灿的署名都在最后,通讯作者、第一作者都是学生的,几十年如此。现在,在郭光灿实验室,已培养博士90余人,其中中科院院士1人,国家杰出青年基金获得者12人,优秀青年基金获得者19人,中国青年科技奖获得者4人。
如今,郭光灿也还在科研的第一线,随着学界对量子的研究越来越深入,他希望能用量子信息技术来研究量子世界的奥秘。这次,他想推开通往量子世界更深一层的大门。
人生至美是“盛夏”
从泉州的小渔村一路走到中国科学院院士,郭光灿仍然保持着对未知的探索和好奇,孜孜不倦地回望着四十年前那段“人生的夏天”。
人生有春夏秋冬,春天是学习,夏天就是奋斗,秋天就是出成果、收获。
人最精彩是在夏天那个阶段,夏天你还没有拿到成果,还处在一个艳阳天气,正要奋斗的时候,人生在奋斗当中得到了一种生命力。郭光灿认为那个时候是他人生最好的时代。“虽然我没拿到钱,但我一直在奋斗,我没放弃”,郭光灿欣赏自己那时候的劲头。
当你拿到经费,人人都说你好、都支持你时,那时候就已经奋斗完了,已经到了开始收获成果的时候了。郭光灿最艰苦的时候是他最愉快的时候。
量子的特性是不确定性
在这条充满不确定性的研究之路上
郭光灿踽踽行走四十多年
最终走出一条确定的路
82岁的他
还将继续确定而快乐地走下去