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郭光灿档案
郭光灿

人物小结:中国著名光学和量子信息专家,中国物理学会理事,量子光学专业委员会主任,中国光学学会理事,主要从事量子光学、量子密码、量子通信和量子计算的理论和实验研究。

郭光灿简介:

郭光灿,男,1942年12月生,汉族,福建省人。光学和量子信息专家。1965年毕业于中国科学技术大学;1965年7月至今在中国科学技术大学工作,1981年9月-1983年9月在加拿大多伦多大学做访问学者。2003年当选为中国科学院信息技术科学部院士。郭光灿现为中国科学技术大学教授,从2005年1月起被聘为北京大学物理学院教授。

郭光灿院士主要从事量子信息的理论与实验研究。国际上首次提出概率量子克隆原理,并推导出最大克隆效率公式,被称为"段-郭概率克隆机"、"段-郭界限",在实验上研制成功概率量子克隆机和普适量子克隆机,证实相关的理论预言;国际上首次提出量子避错编码原理,该原理成为三种不同原理的量子编码之一,已被实验证实;提出一种新型的量子处理器,已被实验证实;国际上首次解决量子密钥传输过程的稳定性问题,通过商用通信光路实现125公里单向量子密钥传输;发明量子密码通信网络的关键部件-"量子路由器",并通过商用光纤实现四端口量子密钥网络的通信。发表SCI论文300多篇,SCI他人引用2000多次,如,发表在《PhysicalReviewLetters》Vol.93.1,010501,2004;《PhysicalReviewLetters》Vol.93.240502,2004;《PhysicalReviewLetters》Vol.96,220505,2006;《PhysicalReviewLetters》97,023604,2006等。主持科技部973项目《量子通信与量子信息技术》(2001-2006);"量子调控"重大基础研究计划专项《量子通信与量子计算的物理实现》(2006-2011)等。

郭光灿2001年获得中科院自然科学二等奖;2003年获得国家自然科学二等奖;2006年获得安徽省自然科学一等奖;2003年获得何梁何利奖。

社会兼职有:中国物理学会理事、量子光学专业委员会主任;中国光学学会理事;《InternationalJ.ofQuantumInformation》的ManagingEditor等。

郭光灿-研究领域    

主要从事量子光学、量子密码、量子通信和量子计算的理论和实验研究。提出概率量子克隆原理,推导出最大克隆效率,在实验上研制成功概率量子克隆机和普适量子克隆机。发现在环境作用下不会消相干的"相干保持态",提出量子避错编码原理,被实验证实。提出一种新型可望实用的量子处理器,被实验证实。在实验上实现远距离的量子密钥传输,建立基于量子密码的保密通信系统,并提出"信道加密"的新方案,有其独特的安全保密优点。在实验上验证了K-S理论,有力地支持了量子力学理论。发现奇偶相干态的奇异特性等。

郭光灿-人生历程    

作为中国科学家的典型代表之一,很多人都了解郭光灿院士所走过的路。他的成功得益于他及时识别量子信息研究前沿,并采取超前部署走在了世界前列。

人们在中国科大东区的东北角可看到一座崭新的现代化大楼,大楼中央是透亮的玻璃幕墙,走在其中心里分外爽朗。郭光灿院士领衔的中科院量子信息重点实验室就布设在这里。这应该是当代中国最“炫”的实验室之一。实验室里已装备了许多先进的实验设备,喜爱量子信息研究的年轻人已不在乎出国,因为在这里他们完全可以做自己喜欢的事情,更何况如果有需要随时可以出访。对中国新一代科研人员,郭光灿院士特别想对他们说的是:“发表论文不是科学研究的最终目标,重要的是你的研究对学科发展所产生的真正影响和价值。”这也是他对自己所带领的科研团队研究成果的期望与追求。

上世纪90年代初,国内尚无人对量子信息技术的发展有所认识,郭光灿的研究工作难以得到重要的支持,在早期的15年里他才获得55万元人民币的经费支持。直到1999年,中科院高技术局局长科研基金支持了他5万元之后,他才开始有可能开展实验研究。如今的年轻人已体会不到导师当年“独守空房”的心境。郭光灿常常告诫年轻人“板凳要坐十年冷”。然而,即使在那经费短缺的年代,他始终没有放弃奋斗目标。他常常借款买设备,郭光灿用心中的热火点燃了中国量子信息的火焰,将我国的量子信息研究向前推进。他的研究成果引起了国际同行的高度关注。20多年过去了,量子信息已发展为重要的新兴交叉学科,他深深感到,培养更多年轻人,建立实验室和科研团队是目前的当务之急。目前,他的实验室除了量子信息的理论研究之外,还部署了量子光学、量子密码与量子器件、冷原子物理、低维光学体系、量子输运与量子计算、表面等离子体与量子传输、介质微腔等多个研究方向。

当代量子信息领域的最高学术权威、IBM实验室的ChairC.H.Bennett在2006年来中国参观后说:“中国在量子信息研究方面的‘底层结构’很好,学科布局和人员都有,并聚集了一批充满活力的年轻人。”他所言即是指郭光灿院士的实验室。

郭光灿说,中国在量子光学领域的研究比欧洲晚起步约20年,但国际学术界目前已经有了中国的声音。同时,我国已经把量子信息研究列入了国家中长期发展规划。中国只要选准方向和突破口,加上自己的创新思想,把自身的优势集成起来,必定可以有所作为。

郭光灿-人生价值    

回首过去,展望未来。郭光灿说,中科院量子信息重点实验室基本硬件都已具备了,目前需要关注的是研究人员的人生价值和科学理念。在中科院量子信息重点实验室,他特别强调3个方面。

第一,现在人们生活水平提高了,一些人便满足现状、不思进取。然而,科研工作者若缺乏雄心壮志,在科学事业上便难以有所作为。从事科学研究,必须要把一生的精力投入科学事业。但现在有些科研人员自以为发表几篇论文、提了教授、指导几个研究生,或能拿到国家的基金就满足了,也不思有更大的作为。而郭光灿对他率领的量子信息实验室的科研团队,明确反对科学研究中这种不求进取的安逸思想。他们提倡把科学研究当做人生的追求,永远保持科研激情,在科学园地中不停地耕耘和探索,充分发掘个人的聪明才智,同时享受科学研究的乐趣。他们把“尽我所能,品味科学”作为实验室的科学理念。

第二,关于量子信息的研究,中国若想更上一层楼,当前最需要的是团队精神。郭光灿说:“科学发展到21世纪,我们面临更严峻的挑战。不仅要将量子理论研究和实验研究紧密结合、互相补充和推进,而且要依靠团队的整体优势,开展广泛的国际合作,把人类科学资源和积累发挥出最大效益。”

郭光灿介绍说,他的实验室目前每年可以派送一定比例的研究人员到国外学习访问,这些研究人员除了学习对口的专业知识,更希望他们学习国外先进的科学理念、科学精神和科学态度。

他说:“一段时间以来,中国社会急功近利,在科学研究和科学管理方面都有所表现。论文造假、报奖浮夸等现象时有出现。如果中国能够把对科学研究成果的评价标准更加科学化,我们的科学研究将会更加健康地发展。

第三,量子信息实验室对研究生的培养,注重因才施教、独立指导。导师要发扬学生的长处,但不袒护他们的缺点。不仅培养学生的科学精神,更要严格训练。该实验室之所以多年来能不断地培养出一批批优秀人才,就得益于“精心培养,严格要求”这种理念和做法。

郭光灿-精彩语录    

郭光灿介绍说,量子信息是量子物理与信息科学融合的新兴交叉学科,其发展极大地推动了对物理学基本理论及实验技术的研究,对国民经济、军事、国防安全等都有着直接而重大的影响,其诞生于上个世纪80年代,在90年代中期引起国际学术界的巨大兴趣,受到各国的高度重视。

郭光灿介绍了量子态的特殊性质。他用了一幅漫画来形象地说明经典信息和量子信息的差异。“在一个雪地上,穿过一根树桩时,代表经典信息的滑雪者只能绕过,而代表量子信息的滑雪者则像魔术师一样直接穿过了。”他还用母亲自动升级为外婆的例子来说明两字的纠缠性。“‘量子纠缠’是什么?就像一个母亲和她的女儿,分别住在中国和美国。在美国的女儿怀孕了,当她生孩子的一瞬间,哪怕远隔千山万水,不用电话通知,远在中国的母亲就顺理成章地变成了外婆。纠缠是一种非常奇怪的性质,两个粒子无论分开多远,对其中一个粒子操纵或者作用,必将影响另一个粒子的态。”

“因为量子信息技术基于量子特性,如量子相干性、非局域性、纠缠性、不可克隆性等,所以可以实现现有信息技术无法做到的新功能。例如,量子计算机可以加速某些函数的运算速度,攻破现有的密钥体系,量子因特网必须使用量子纠缠通道将通信节点连接成网络,它传送的是量子比特,可实现分布量子计算,将信息传输和处理融为一体,安全且可降低通信复杂度。量子密码可提供不可破译、不可窃听的保密通信等,有重要的应用价值。量子密钥分配可使用单个光子或者纠缠光子对在光纤或者自由空间中实现。”

郭光灿介绍,当前实现量子计算的瓶颈在于如何研制含有数目巨大量子处理器的物理体系,它可有效地克服不可避免的消相干影响,又具有物理可扩展性。这个研究实质上是对人类操控量子世界能力的极大挑战。目前两种主要研究途径是固态量子计算和基于量子光学的量子计算。这项研究还将深化人类对量子物理的更深层次认识,揭示出新的物理规律。

郭光灿还介绍了自己在量子信息技术领域的研究进展:在光纤量子密码网络项目上有所突破——发明并实现“量子路由器”,无需对量子信息进行测量即可实现自动寻址,现有技术水平可实现一个量子路由器可联系100多用户同时进行量子保密通信。


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