彭承志院士：与量子“对话”
你听说过“量子”吗？
科学家说“量子无处不在”。
在微观世界里，“量子”是构成物质的最基本单元的统称。100年前，量子力学诞生，将量子理论从经验式的猜想变成了可量化、可表达的科学方法，随后催生了半导体、激光等当今人类赖以生存的产业。如今，量子通信、量子计算、量子互联网……新兴的量子信息科学正向着更具颠覆性的前沿发展。
“我们处在一个非常好的时代，一个追赶的时代，也是一个奋进的时代。”在11月26日面向中国科学技术大学学生的讲座中，彭承志说。过去20多年，作为一名研究者，他见证了我国量子领域从跟跑、并跑到领跑的飞跃。他的人生轨迹，与中国量子科技的崛起之路交织在一起。
11月21日，中国科学院公布2025年新增选院士名单，中国科学技术大学（以下简称中国科大）合肥微尺度物质科学国家研究中心研究员彭承志新当选为中国科学院院士。
彭承志（左三）在实验室指导学生实验。研究团队供图叩响量子的大门
回顾自己的科研之路，彭承志常归因于“偶然”与“幸运”。
1993年，彭承志考入中国科大近代物理系。在高手云集的校园里，他一度感到自己并不出众。本科毕业后，他选择南下深圳，从事物联网设备研发。工作一年后，他做着做着“就觉得这个工作很容易胜任，没有挑战性。后来想一想，觉得这样下去没意思”。
“尽可能选个难的”——这也是彭承志的科研理念之一。
1999年，彭承志回到科大读研。恰恰是这段读研时间差，让他与量子领域完美邂逅。2001年，恰逢国际上量子信息研究方兴未艾，潘建伟从欧洲留学归国，正在中国科大组建量子物理与量子信息实验室，彭承志成为实验室的第一批博士生，一脚踏入了这片当时在国内几乎空白的“无人区”。
实验室初期主要发展的是光量子信息技术，这为量子通信的实现提供了支撑。
量子通信是迄今唯一安全性得到严格证明的通信方式，可大幅提升现有信息系统的安全性。然而，光纤传输总会有一定损耗，光纤量子通信的传输距离被限制在数百公里的量级，而在早期则更短，仅有数十公里。如何突破距离的瓶颈？潘建伟等人另辟蹊径，首次把目光投向外太空。在几乎是真空的外太空，光信号损耗非常小，利用量子卫星作为中转站，可以极大地延长量子通信距离。
有一次，彭承志问潘建伟，通过太空实现长距离量子传输这事，“实现了是不是挺牛的？”潘建伟肯定地回答：“肯定牛，是世界上最牛的，至少是之一。”
这句话点燃了彭承志心中的火种。在这个全新的、高度交叉的领域，他发现自己“平常就喜欢多了解一些知识，或者说‘乱七八糟’的事情都干过”，反而更能发挥特长。
一次偶然的机遇，一个不畏难的决定，一位领路的导师，共同指引他叩响了那扇通往量子世界的大门。
“墨子号”飞天
梦想照进现实，需要从最坚实的土地上起步。
第一步，要验证实验发出的光子能否穿透大气层。2003年，当时还是博士生的彭承志受命带领团队，在合肥大蜀山开始第一次远距离自由空间量子通信实验。山顶没有自来水，激光器需要水冷，他们就架起两个大水桶，让水旋转冷却；没有现成的设备，他们就用买来的天文望远镜，自己动手搭建整个收发系统……就是这套“小米加步枪”的装置，在2005年成功实现了13公里的自由空间量子纠缠分发，首次验证了远距离自由空间量子通信的可行性。
这一步，证明了“天路”可走，更大的挑战接踵而至。为了模拟更长的链路，2007年4月起，彭承志与团队依次转战北京、河北、青海。从盛夏到寒冬，他们驻扎在青海湖心的小岛。小岛位置封闭，生活物资和设备用的柴油每月才能送达一次，没条件洗澡，大家裹着军大衣，蓬头垢面成了常态。卡车、吊车，甚至热气球，都是他们用到的实验工具。“比起老一辈的科学家，这点苦根本不算什么。”彭承志说。最后，团队实现了百公里级的量子密钥分发、量子纠缠分发和量子隐形传态，彻底验证了卫星的可行性。
2011年底，量子科学实验卫星“墨子号”正式立项，彭承志担任“墨子号”科学应用系统总师和卫星系统副总师，与团队开始进行真正的星地量子科学实验。当时，世界上从未有任何国家做过相关的实验。谈起那时的心境，彭承志说：“害怕呀！火箭发射的过程有太多不确定的因素，压力很大。但是压力再大又怎么样呢？再怎么难，硬着头皮也得上。”
历经无数考验，2016年8月16日凌晨，在河北兴隆地面站，彭承志亲眼看到那颗凝聚了自己和团队心血的卫星，拖曳着绿色的信标光缓缓升起。“我的心情久久难以平复。这种亢奋持续了好几个月。”彭承志分享道。随后半年，他跑遍全国五大地面站，完成星地联调。量子卫星的成功发射和人类首次探测到引力波等重大成果一起入选《自然》杂志评选的2016年度国际重大科学事件。
设计寿命为2年的“墨子号”，仅用一年就圆满完成了全部既定科学目标，之后又开展了一系列拓展实验，取得了丰硕的科学成果，直到2022年才终于退役。“‘墨子号’确确实实没有辜负我们自己的期望，也没有辜负别人对我们的期望。”彭承志说。
“祖冲之号”领跑
“墨子号”飞向深邃太空的同时，另一场科技竞逐——量子计算也逐渐白热化。彭承志凭借过往锤炼出的高精度量子态操控技术，敏锐地步入这片新战场。
量子计算机在原理上具有超快的并行计算能力，有望为密码破译、大数据优化、天气预报、材料设计、药物分析等领域提供相比传统计算机指数级别的加速。研究量子计算有多条技术路线，超导量子计算是其中最有希望的候选者之一，其核心研究目标是增加“可操纵”的量子比特数量，并提升操纵的精度，最终应用于实际问题。
2016年起，彭承志作为超导量子计算测控小组负责人，带领团队潜心攻关。2021年，潘建伟、朱晓波、彭承志等人成功构建了当时国际上超导量子比特数目最多、包含62个比特的可编程超导量子计算原型机“祖冲之号”。不久后，“祖冲之二号”研制成功，实现了超越谷歌“悬铃木”的量子计算优越性。竞争是动态的。2024年，谷歌凭借更多比特数和更低错误率再次反超。彭承志和团队没有停步，“祖冲之三号”在2025年再度夺回量子计算优越性领先地位。
“祖冲之三号”芯片示意图。研究团队供图
除了在算力上“你追我赶”，彭承志更看重生态自主。他和团队以“祖冲之二号”为基础搭建了可公开访问的量子计算云平台。在他看来，这一切努力的宗旨是清晰的：“服务国家需求是我们科研工作者的底色。我们在量子计算领域构建了‘祖冲之二号’，为学校解决科研问题，同时给市场提供相关仪器产品。”
逐梦量子赛道
“墨子号”与“祖冲之号”的成功不仅在国内引起轰动，在国际上也引发了一股“量子”热潮。美国、欧盟、日本等提出或加速了一系列量子信息领域布局。
“科学无国界，科学家有祖国”。量子信息是国与国竞争的高地，彭承志清醒地认识到这条赛道的属性。“我始终秉持‘立足国内、拥抱世界’的理念，既聚焦于解决国家信息安全等重大需求，也致力于为人类科学知识的共同进步贡献力量。”
作为下一代中高轨量子科学实验卫星的工程常务副总师，彭承志正在规划新的征程。“量子精密测量，特别是空间尺度的高精密量子光频标，会成为这颗卫星的重点目标。”谈及未来，他描绘着心中的量子蓝图：由实用化的低轨微纳卫星与中高轨卫星组成的“量子星座”，将与地面上的光纤量子网络连接，构建起覆盖全球、全天时的实用化量子保密通信网络。量子科技将迎来更多可能。
采访中，彭承志常常感慨自己作为新一代科研人的幸运：“我们能有机会在这样的平台上做科研，是我们个人的一种幸运——付出很多，但得到更多。”这份幸运，化作他沉甸甸的责任感。这不仅是他对学生的教导，也是对自己的要求。“抓住这个时间点，抓住这个机会，多做点事情。”
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