合肥凭什么做中国的量子中心?
出品 光子盒研究院
在合肥高新区有一条横贯东西的马路——云飞路,在短短三公里内密集布局着一批量子领域骨干企业——国盾量子、国仪量子、本源量子……已经成为名副其实的“量子大道”。
如今,“中国声谷,量子中心”已是合肥的两大名片,这里有驰名中外的科技企业,有四大国家实验室,其中量子信息科学国家实验室、合肥微尺度物质科学国家实验室都是量子技术发展的中坚力量,合肥还与北京、上海一起成为综合性国家科学中心。
合肥成为与京沪齐名的科技名城,一个因为是人工智能,另一个就是量子信息。目前,合肥高新区拥有主营量子技术企业5家,量子关联企业20余家,直接从事量子领域的科研人员达600人。合肥市量子信息产业相关专利占全国12.1%,排名仅次于北京,位居全国第二。
云飞路上的科大国盾、本源量子和国仪量子,分别代表量子通信、量子计算和量子精密测量领域产业化的最高水准,而这些成就背后离不开中国科学技术大学这所科学殿堂。
中科大南迁合肥
1949年的中国百废待兴,为了改变科技力量和综合国力十分薄弱的局面,决定由郭沫若、钱三强等人筹建中国科学院,于当年11月1日正式成立,郭沫若为首任院长。短短几年,中科院就囊括了众多的高级科学人才。
但是不久,中科院就暴露出了后备力量不足的问题,当时从高等学校分配的毕业生,在数量和质量上都难以满足需要。于是,1958年郭沫若提出了在中科院附设高等院校的想法,并得到了周恩来的首肯,早在1956年的政协会议上,周恩来就发出了“向科学进军”的号召。
就这样,中国科学技术大学在1958年诞生了,郭沫若为首任校长,并写下了校歌《永恒的东风》:“迎接着永恒的东风,把红旗高举起来,插上科学的高峰”。
最初,科大开设了包括物理、数学、化学、生物、地质、计算机、无线电等专业。严济慈、华罗庚、钱学森、赵忠尧、郭永怀、赵九章、贝时璋等一大批科学家担任主教,建校第二年即被列为全国重点大学。
华罗庚在课堂上
郭光灿在1960年考入了中科大无线电系,他原本想学半导体,但进了校门才知道,科大的半导体专业设在物理系,而不是像他所知道的北大半导体专业设在无线电系。
就这样误打误撞,郭光灿进入了光学领域。1960年,世界上第一台激光器问世。不久之后,中科大无线电系设立气体激光新专业,郭光灿对此方向产生了兴趣,决心钻研下去。
1965年,郭光灿毕业后留校任物理系助教。然而,他刚开始的科研生涯被突如其来的政治运动打断。中科大的招生、教学、科研工作也全部被叫停。后来,一纸《关于高等院校下放问题的通知》下发,安排将中科大在内一共13所北京高校下放到其他省市地区去。
就这样,中科大派了各个工作小组去全国各地寻找搬迁选址。但令人没想到的是,到河南、湖北、江西等地转了一大圈,谁也不愿意接收一所只消耗粮食,不能产出任何东西的学校。
而前往安徽的工作人员,在考察了宣城之后,发现当地也没有适合办学的地址正准备返京时却接到中央通知将学校迁往安庆的决定。时任安徽省委第一书记李德生以迅雷不及掩耳之势将中科大争取到了安庆。
但安庆当时用来安置中科大是生产队的农舍,矮矮几间房屋,连研究设备都放不下。中科大师生一致认为安庆经济条件太差,不适宜办校。一时间,中科大究竟何去何从陷入僵局。
而打破这个僵局的还是李德生,“安徽人民就算是不吃不喝,也要把中国的科学苗子保住。”李德生拍板,在省会合肥给中科大腾出了地方。
1969年12月,中科大师生开始迁入合肥。装运仪器、图书、档案等35000箱,货运装车70多次,运货量865吨。迁出家属470多户,组织职工、学生、家属客运20多批,约6000人次,用火车皮510多节,搬迁费达77万元。
历时11个月,直到1970年10月,中科大总算在合肥安家落户。郭光灿也随中科大来到了合肥。南迁后的中科大几乎一穷二白,大半的图书被毁坏、三分之二的仪器设备受损,就连教师都走了一大半,剩下的老师还不到100人,教授、副教授,只有21人留了下来。
为了迎接中科大,合肥把原先合肥师范学院和安徽银行干校的校舍,让给了中科大作校址。那时候的合肥应该自己都没有预料到,中科大后来会带来怎样的蝴蝶效应。
合肥做对了什么
1952年8月,安徽省人民政府成立,出于战略上的考虑,把省会设在了合肥。除了在太平天国时期,因为安庆被攻破,短暂作为首府之外,合肥在历史上从来没有担此大任。
那时的合肥人口不过5万余人,别说和周边的武汉、南京等省会城市相比,经济在省内都是倒数的存在。只有几家印刷、卷烟、碾米、榨油小厂和一个48千瓦的火力发电厂,连一家面粉厂都没有,可谓是一穷二白。
就连城市发展时最重要的交通,合肥也是输在了起跑线上。京沪、京九、陇海这些铁路干线从安徽经过都完美避开了合肥,省里的官员去北京,还需要从蚌埠中转。
因为人才匮乏、资金短缺,合肥市工业发展举步维艰,时任安徽省委第一书记曾希圣坐不住了。“合肥是省会所在地,今后不仅是全省政治、经济和其他各项工作的中心,而且人口也不只是几万,也许是几十万或上百万。要想得到全面的发展,没有工业是不行的。”
上世纪五十年代,中央号召上海企业内迁,曾希圣就赶紧派人前往上海协调,并成立了赴沪迁厂工作组。最终56家上海企业迁往合肥,基本上填补了合肥在针织、印染、搪瓷、制笔、农药、机电、电池、制锁、灯泡、日用化工、彩印、饮料等工业领域的生产空白。
得益于上海企业内迁,安徽省GDP从1952年的22.9亿元增长到1959年的58亿元,但到了60年代,安徽经济出现停滞,直到1969年GDP才又恢复到了58亿元。就在这样困难的情况下,合肥把中科大争取了过来。
当时合肥甘愿舍弃本土高校合肥师范学院,将校舍腾出给中科大做校址。尽管校舍面积还不到6万平方米,也已经是合肥能拿得出手的最好条件了。
刚搬到合肥的中科大
1977年9月,中国恢复了高考和研究生教育制度,中科院创办了全国第一个研究生院——中国科学技术大学研究生院(中国科学院大学前身),地点就在北京,中科大的原址上。
当年那些迁出北京的高校又迁回了北京,中科大也怀抱着巨大的希望,争取回京。但是得到的答复是:原址已经被研究生院占据了,北京也找不到足够的地方来办学了。北京不行,那南京、上海也值得一试。但中科大申请的结果,通通都是失败。
合肥没有多说什么,只是默默做事。
80年代,全市的电力供应都紧张。但科大师生说,做科研,不能没有稳定电力供应。于是中科大成了优先级最高的供电单位,比合肥市政府更高。
南方的冬天湿冷,让来自北京的师生怀念暖气。有时候课上到一半,师生们甚至会一起跺脚取暖。政府硬是挤出了资金,给中科大的教室和学生宿舍楼里,都装上了暖气。直到三十多年后,合肥的主城区和3个开发区才享受到了集中供暖。
80年代的中国,所有城市都很穷,但不是所有城市都像合肥一样有耐心,愿意和科大一起成长。
在留住科大的同时,1985年,国有企业“扩大经营自主权和经济责任制改革试点”在安徽进行,合肥家电产业开始萌芽露尖,其中包括从依托合肥洗衣机厂办起来的荣事达、从合肥第二轻工机械厂转型的美菱等。1990年,合肥高新区设立,容纳高新技术产业的发展。
第一台VCD,第一台国产微型计算机,第一台微型汽车,全部来自合肥。但因为不掌握核心技术,在产业化路上纷纷夭折。90年代随着长虹、海尔等品牌崛起,合肥本土的家电因为规划不明晰,慢慢地开始走向没落。
当时坐拥中科大的合肥,却没有一点科研城市的样子。1998年的一个调查数据显示,中国科技大学毕业研究生共367人,其中,留在安徽的博士生3人,硕士生11人。
1997年,在安徽每万人中有113个科学家,全国平均水平是202人,安徽在全国排名26位,每万人中申请专利数量是20件,全国平均水平是62件,安徽排在28位,都相当于是倒数。
中科大为合肥带来了诸多荣誉,中国第一个国家级实验室——国家同步辐射实验室就坐落在合肥。但中科大是以基础科研为主的高校,做的都是从零起步的领域,前期投入巨大,且收益甚少,在上世纪对合肥经济增长的贡献有限。
尽管如此,合肥对中科大仍是不遗余力地支持,终于从90年代末开始,合肥的耐心收获了回报。
1999年,26岁的中科大博士刘庆峰带领十几名同学创立科大讯飞公司,立足于合肥的科大讯飞用了十几年时间发展成为全球第二大智能语音公司,后来在此基础上,合肥高新区倾力打造“中国声谷”。
作为全国首个定位于人工智能领域的国家级产业基地,以科大讯飞为龙头,中国声谷集聚了包括科大国创、华米科技、金山软件、新华三等528家企业。
合肥的另一个标签“量子中心”,也从90年代末开始萌芽。1999年,在中国科学院的支持下,郭光灿团队成立“中国科学技术大学量子通信与量子计算开放实验室”(后来更名为中科院量子信息重点实验室)。
2001年,郭光灿作为首席科学家承担科技部973项目“量子通信与量子信息技术”,来自国内十多个重要研究所和著名大学的五十余位科学家协作参加该项目的研究。后来这个项目走出了郭光灿、潘建伟、杜江峰、彭堃墀、孙昌璞等五名中科院院士。
经过20年发展,合肥已经成为人工智能、量子信息的主要研发基地,这也是中国科技赶超发达国家最重要的两个领域。
中国的量子中心
1974年,诺贝尔奖获得者李政道第二次回国,在与国家领导人会面当中,李政道建议参考中国体育对运动员从小培养的模式成立大学少年班,对中国的少年天才进行科学培养。
到了1977年,一起推荐“13岁天才少年——宁铂”的新闻事件,直接促成中科大少年班的诞生,旨在培养顶尖科学家。
历经四十多年风雨,从少年班走出的精英们群星闪耀。16岁进入中科大少年班,现任学校物理学院执行院长的杜江峰,29岁时进军量子计算实验研究领域,目前已带领团队取得了多个国际学界的“第一次”。
除了最早开办少年班之外,中科大还是最早“睁眼看世界”的高校之一,目前中科大每年有30%的本科毕业生会选择出国留学。所以坊间传言,“中科大离北京很远,离纽约很近。”
1981年,已经39岁的郭光灿得到了公派到加拿大访问学习的机会,在国外的两年让他深感中国量子科学的落后,并在回国后肩负起了发展中国量子科学的使命。
1984年,郭光灿在安徽琅琊山醉翁亭主持召开了全国第一个量子光学学术会议,组建量子光学研究组。九十年代,郭光灿团队顺应世界潮流,率先投入到量子信息领域的研究。先后提出“量子避错编码原理”和“量子概率克隆原理”等,受到国际学术界的高度评价。
另一次具有历史意义的留学发生在1996年,中科大硕士毕业,经导师推荐,潘建伟赴量子科学研究的前沿阵地——奥地利因斯布鲁克大学攻读博士学位,师从量子实验研究的世界级大师蔡林格。
三年后的1999年,潘建伟作为第二作者的量子态隐形传输实验取得了“量子信息实验领域的突破性进展”,这个实验被公认为量子信息实验领域的开山之作,欧洲物理学会将其评为世界物理学的年度十大进展,美国《科学》杂志将其列为年度全球十大科技进展。
2001年,潘建伟作为“中科院引进国外杰出人才”回国,在中科院的支持下,他在中科大组建了自己的实验室。同时他还在德国海德堡大学兼任讲席教授,几年间培养了一大批量子信息领域的人才。
至此,量子“GDP”齐聚合肥,“量子中心”初具雏形。从那时起,量子信息从科研到企业到产业聚集,都与合肥这座城市绑定在了一起。
2003年科技部批准筹建5个国家实验室,合肥争取到了微尺度科学国家实验室,这是合肥第二个国家实验室。该实验室下设7个研究部,其中就有量子物理与量子信息研究部,日后成为推动中国量子信息产业发展的主力军。
973项目结题后,郭光灿、潘建伟、杜江峰等人在量子产业化的道路上越走越远。
2005年,国际上首次实现水平距离13公里的自由空间双向量子纠缠分发。2012年,实现首个百公里的双向量子纠缠分发和量子隐形传态。
2016年8月16日,世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”上天,已有百年历史的量子理论真实性首次在空间尺度上得以验证。整整10个月之后,首次实现上千公里量子纠缠。
……
以上这些成果都诞生于合肥。
2008年之后,中科大已悄然从“出国大户”变成了“回国大户”。以国家“青年千人计划”为例,仅中科大入选回国的校友数量,就占到全国入选总人数的九分之一。
在量子领域,潘建伟把在海德堡大学的实验室整体搬回到中国科大,还以中组部“青年千人计划”、中科院“百人计划”等方式,将一批优秀的青年学术骨干从欧洲引进到中科大工作。
潘建伟在实验室
2009年时机成熟,依托合肥微尺度物质科学国家实验室,潘建伟、彭承志团队在合肥创立科大国盾。著名的“墨子号”量子卫星和“京沪干线”均来自这家公司。
同一年,郭光灿在离合肥100多公里的芜湖创立问天量子。到了2017年,郭光灿回到合肥开始二次创业,与中科大郭国平教授一起创立国内第一家量子计算公司——本源量子。
三人中最后一个创业的是杜江峰,2016年在合肥成立了国内第一家量子精密测量公司——国仪量子,核心技术包括量子探针制备工艺、量子态调控技术、量子态测量技术等。
巧合的是,科大国盾、本源量子、国仪量子三家量子领域的公司,都集中在只有3公里长的云飞路上。而在今天,云飞路有了一个新的名字——“量子大道”。
目前,合肥高新区拥有科大国盾、本源量子、国仪量子、国科量子、中创为量子等主营量子技术企业5家,量子关联企业20余家,园区直接从事量子领域的科研人员数达600人,近3年累计在国际一流期刊中发表论文达151篇,雄踞全球首位。
另外,合肥市量子信息产业相关专利占全国12.1%,排名仅次于北京,位居全国第二。
“二线的城市,一流的科研。”这是国际著名学术期刊《自然》对合肥的评价。
搞科研,合肥全力支持,搞产业,合肥依然支持。2017年12月底,为支持量子科研和产业发展,安徽省投资集团组建100亿元安徽量子基金,用于投资量子通信、 量子计算、量子测量等量子科学领域上下游企业。
反过来,量子信息也提升了合肥的创新实力。2017年,合肥与北京、上海一起成为综合性国家科学中心,合肥也有了第四个国家实验室——量子信息科学国家实验室,而且是国内第一个以“量子”命名的国家实验室,是目前在建的全球最大量子信息实验室。
潘建伟说,合肥有“放得下一张安静书桌”的科教氛围。相应地,量子信息科学家们也给了合肥一张“硬核”名片。