震惊国际量子光学界

毕竟国外20年前就开始做了。跟着做想赶超？太难。

90年代初，郭光灿接触到一个新词：量子信息。他想，这可能是个突破口。

可他连“经典信息”都不清楚。怎么办？啃！

他请来中科大信息学院的教授，从“0101”开始跟学生们一起学起了编码。“啃”完整本书，他们找到一个题目：量子编码。

“量子性很容易受干扰而被破坏，叫做消相干；后来有人提出用编码的办法，保护信息不受干扰。但是量子的编码，很难：开始是11个编1个，后来9个，7个。有人证明至少5个编1个。”

编码好像已经被前人做“到头”了，学生们有点士气不振。

“不会，这个领域刚刚开始，现在遍地是黄金，好好找，肯定能找到。”郭光灿坚信。

后来证明他是对的。当时所做的编码，其量子比特是独立的消相干，“我们来一个集体消相干会怎样？”

还真算出了名堂。“集体消相干”更省事：他们把不会消相干的特殊量子态称为“无消相干子空间”，只在需要的时候再把会消相干的量子编码到这个态上，来避免出错。在国际上，人们称之为“量子避错编码”。

“量子避错编码”成为三种不同编码原理之一。

1997年，郭光灿把这一成果发表在《物理评论快报》（PRL），震惊了国际量子光学界：中国居然在量子光学上有这样的成果。

当时，马里兰大学一位中国学者在开会时遇到国际同行，总会被问：你认不认得GC Guo？

这位学者说：“这真让人骄傲。”

“中国人是能够超过他们的”

郭光灿的研究组，他或他的学生每周都要做报告，介绍最近关注的动态，丰富大家的思路。一次，郭光灿介绍了量子克隆。

一个量子信息不能克隆成两个一模一样的量子信息，叫做量子不可克隆。

有人就说，克隆不成功也可以，一个克隆成两个，跟原来的相似程度，叫保真。保真度小于1，就不一样；保真度等于1，就完全一样。

“我们就提出一个新的克隆原理。克隆机成功克隆一个信息，留下来；不成功的丢掉，成功的最大的效率是多少？”

他们算出来这个极限，并命名为“段－郭界限”。这个界限不可逾越，否则违背量子力学，也称为“段－郭界限不可逾越”。

这是他们发表在PRL的第二篇高水平文章。此时，郭光灿在国际上该领域已经小有名气。

“量子概率克隆”的一位审稿人惊讶于郭光灿组的成果，感慨：我们怎么就没想到？

对此，郭光灿淡然：“我们中国人是能够超过他们的。”

还有一则故事。

2000年，郭光灿研究组凭借“利用光腔制备两原子纠缠的方案”研究再次引起世界侧目。后来，法国科学家Serge Haroche用实验证明了这一理论。

他在实验成功之后给郭光灿发了一封Email：祝贺你，我们在实验上把你的方案做成了。

十年之后，Serge Haroche获得了2012年诺贝尔物理学奖。

中国的声音

量子信息方兴未艾，对国家来说，仅靠一个研究组是不行的。

中国的量子科学落后于国际前沿20多年，如何尽快步入世界前列、实现赶超，一直萦绕在郭光灿脑海中。

其时（20世纪90年代）对“量子信息”争论还很多。“包括后来在量子信息领域做出贡献的人在当时都不理解，觉得‘不靠谱’。那时基金委主任后来告诉我，当时很多人认为不行，就你一个人坚持。”郭光灿回忆说。

“我想了各种办法，去吸引国内更多年轻人从事这个领域，让领导和学术界能够更了解这个领域。”著述《量子光学》教程，在《物理》杂志写科普论文，参加会议……郭光灿奔走呼告。

郭光灿著述的《量子光学》教材

1998年，郭光灿组织量子信息香山科学会议。他致信钱学森，提出我国应该以“两弹一星”精神推动量子信息的发展，抢占先机。

“这个领域太新太小，当时我还挺天真，就想找全国最牛的，邀请钱老做香山会议的主席。”郭光灿回忆说。

是年，钱老已离不开轮椅。但他很快回了信，“你说的都很重要，我很支持你。”事后，郭光灿听说钱老动员国防科技大学去调研量子计算机。

郭光灿后来找到王大珩（后者在香山科学会议第98次学术讨论中担任执行主席）。王大珩专于经典光学，但他触类旁通，马上意识到了量子信息研究的意义，欣然同意。