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8月28日出版的《自然》期刊发表了中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室潘建伟教授及其同事苑震生、陈宇翱等完成的题为《量子中继器实验实现》的重要研究成果。在该工作中,他们利用冷原子量子存储技术在国际上首次实现了具有存储和读出功能的纠缠交换,建立了由300米光纤连接的两个冷原子系综之间的量子纠缠。该实验成果完美地实现了长程量子通信中急需的量子中继器,向未来广域量子通信网络的最终实现迈出了坚实的一步。《自然》杂志为此专门向科学新闻媒体发布了题为《量子推动》(Quantum Boost)的新闻稿,称赞该工作“扫除了量子通信中的一大绊脚石”。这是潘建伟等围绕国家“十一五”量子调控重大科学研究计划进行研究的最新成就,也是中科大围绕国家战略需求开展基础研究取得的丰厚硕果之一。
基础研究是高新技术发展的重要源泉,是未来科学和技术发展的内在动力。当今世界综合国力的竞争已前移到基础研究,中国作为加快速度进行发展中的国家,更要强调基础研究服务于国家目标,通过基础研究解决未来发展中的关键、瓶颈问题。
中科大诞生于“两弹一星”的国家战略需求,建校元勋钱学森、郭永怀等老一辈科学家从一开始就为学校奠定了围绕国家目标不断开拓创新的核心价值观。50年来,一代代中科大人深受优良传统熏陶,以科教报国为己任,在开展基础研究中一直注意将研究领域和国家未来战略需求结合起来,为我国在相关领域的可持续发展,参与未来国际竞争贡献力量。
量子通信在未来的国家信息安全方面具备极其重大意义。谁掌握了这个手段,谁就掌握了先机。早在1983年,郭光灿从加拿大回国工作后,就在国内率先开展量子光学研究。“当时学术界并不看好,科研经费也很紧缺,我只能依靠国家基金委15年拨给的55万元,也就是平均每年2万~3万元来培养研究生,愣是把量子光学这个研究方向坚持了下来。”郭光灿说,针对国家未来战略需求开展的基础科研要有前瞻眼光,科研工作者一定要有报效祖国的责任感和使命感,用高科技保障国家信息安全。
专注于前沿与前瞻研究,瞄准国家需求二十年磨一剑,郭光灿领导的创新群体在国际上首先提出了量子概率克隆方法,被国际学术界称为“段郭概率克隆机”、“段郭界限”,并提出量子避错编码原理。在国际上首次解决了量子密钥分配过程的稳定性问题,完成经由实际通信光路实现了125公里单向量子密钥分配,研制出迄今为止国际公开报道的最长距离的实用光纤量子密码系统。该保密通信系统为我们国家量子保密通信向国家信息安全应用迈出了关键一步。2007年,他又成功测试运行第一个量子密码网络系统。目前,他领导的实验室已成为国内量子信息领域的重要研究基地。
为了从体制上保证重要基础研究围绕国家战略目标,近年来,中科大加强宏观调控的力量,超前进行科研布局,集成优势学科和重点研究基地的力量,加强了以国家实验室为龙头的园区式科学技术创新平台建设,组织培育了一支支能够抢占制高点的“集团军”,以一支人数少、质量高的基础研究队伍,在纳米科技、量子信息科学、生命科学等世界科学前沿领域形成了高水平的突破,创造了一批国际领先、国内一流的科研成果,为国家战略的未来需求提供充分的科技支撑。
40多年前起步的纳米科技,开创了在原子、分子水平上构建新产品的新思路。世界发达国家都从战略的高度部署纳米材料和纳米科技的研究,我国将其列入“十一五”中长期科学和技术发展规划。早在20世纪90年代,中科大就敏锐地意识到该领域基础研究的战略意义,迅速将“化学反应的人工控制”和“极端条件下的凝聚态物理”两个“211工程”重点学科建设项目联合起来,并将选键化学和结构分析两个中科院重点实验室进一步凝聚起来,联合共建理化科学中心,在国内率先开展对纳米材料与纳米化学、单分子物理与化学等前瞻性研究。2001年初,侯建国、杨金龙等首次直接拍摄到能够分辨出化学键的C60单分子图像,这种单分子直接成像技术为解析分子内部结构提供了有效的手段,使科学家可以人工“切割”和重新“组装”化学键,为设计和制备单分子级的纳米器件奠定了基础。该研究成果发表于《自然》杂志上,并入选2001年中国十大科技进展,获得2001年国家自然科学奖二等奖。
2005年9月,侯建国、杨金龙等又在国际上首次实现单分子内部的化学反应,成功实现了单分子自旋态的控制。美国《科学》杂志评价说,这项工作使用界上单分子基础研究迈上了新台阶,它为未来光电器件和生物工程技术的应用提供了广阔前景。“未来科学家可以像做手术一样对单个分子进行精确的修饰和改造,将来有可能制造出单个分子的晶体管和存储器,制造出无所不能的纳米器件,我们的计算机和磁存储材料能做到更小。”杨金龙教授介绍说。
在“瞄准国家战略需求,立足世界科学技术前沿”的思想指导下,该校以筹建合肥微尺度物质科学国家实验室为契机,对物理学、化学、材料学、生物学和信息科学等5个一级学科进行系统集成,围绕国家安全、信息技术、能源和人类健康安全等国家重大需求,重点针对量子调控、量子通信、蛋白质科学、纳米科技等领域的前沿基础问题以及光电材料和燃料电池等战略高技术领域,开展原创性和攻关性研究,取得一批重要原创性成果。
前沿科学问题的研究优势和前瞻性的科研布局,使得中科大在未来的国家战略需要上抢得了先机。在国家“十一五”中长期科学和技术发展规划中,该校在量子调控、蛋白质研究、纳米研究和发育与生殖研究4个国家重大研究计划中全部领衔承担项目,获批项目数和研究经费居全国高校第一;该校还被列为“十一五”量子调控研究国家科技重大研究计划的两个委托研究基地之一。最近几年来,该校有10项成果14次入选中国十大科技进展新闻、中国基础科学研究十大新闻和中国高等学校十大科技进展,6个科研团队成为国家自然科学基金委创新研究群体,领衔承担了两个“973”计划项目。
谈到未来科学研究的基本思路,中科大常务副校长侯建国和记者说,中科大要逐步围绕国家“十一五”中长期科学和技术发展规划,加强有关学科领域前沿部署,充分的发挥多学科交叉的优势,建立自由探索和国家需求导向“双力驱动”的基础研究资助体系,鼓励科学家攀登世界科学高峰,超前部署一批前沿技术,加强高技术领域的前瞻性、先导性和探索性研究,力争在基础研究上出新做强,在国家创新体系中发挥骨干和引领作用。
《科学时报》 (2008-9-18 热烈祝贺中国科学技术大学建校50周年)