20世紀60年代，郭光燦在中科大修讀無線電專業的時候，量子力學是基礎課。當時全系參加量子力學這門課考試的有200多人，許多人考不及格。

郭光燦考了5分（滿分）。

但是他還是不懂。“那個量子世界太神秘了，很陌生，但又很誘惑我。”從那時起，郭光燦就盤算著要研究量子科學。

“我這個人就是有這樣的興趣：我不了解的，就想弄明白。”

書生意氣，揮斥方遒。

“沒人懂量子光學”

22歲那年，郭光燦趕上了“文－革”。那是他剛畢業后留校任教的第二個年頭，一晃就是整整8年的青春。

30歲的他強烈地感受到：我們在科研上本來就落后，不能再跟在人家屁股后面做研究。

當時國內對激光的理論研究，大概分為全經典、半經典和全量子理論三種。當時看來，經典理論已經成熟，半經典也趨于完善，足以解釋幾乎所有的激光現象，都認為沒必要再去搞量子。

所以當郭光燦決定要去研究“量子光學”的時候，聽到的幾乎都是反對和質疑聲。

他也不知道，接下來的研究會是怎樣的結果，前途如何，會給他帶來什么。

也沒想太多。“完全是一種好奇，我大概是國內第一個認為，這可能很有趣——我有對奧妙的追求。”

從頭學起。他去旁聽理論專業研究生的課程，聽來聽去，發現還是弄不清楚玄妙的“量子”。

1981年，通過公開考試選拔，郭光燦被公派到加拿大訪問學習。到了多倫多大學他才發現，原來國際學術界開展量子光學研究已有20多年。

“應該讓更多國人了解這個領域在國際上的情況。”郭光燦想。

1983年，第五屆國際量子光學會議在美國羅徹斯特大學召開。參加那次會議的中國人只有8名。七八個中國年輕人，血氣方剛。當晚他們暢談直至凌晨兩點多。

聊什么呢？聊中國科研落后，甚至沒人懂量子光學！他們覺得應該把祖國在量子光學領域的科研搞起來。

他們相約：誰先回國，誰就來組織國內的隊伍。

1983年6月，在羅徹斯特大學參加國際量子光學會議的中國人合影（前排左一為郭光燦、左三為吳令安、后排左三為彭堃墀，照片由吳令安提供）

郭光燦先回國。第二年，郭光燦在安徽瑯琊山醉翁亭，召集了全國量子光學會議，當時僅有50多人參加——大家是來瞧新鮮的。

郭光燦不餒：總算有人知道量子光學了。

“羅徹斯特聚會”的其他人也陸續回國。彭堃墀夫婦回國后在山西大學建立了國內第一個量子光學實驗平臺，從事光場壓縮態研究，后來建立了國內第一個量子光學重點實驗室。

值得一提的是，彭堃墀同郭光燦在科研上緊密合作，一個從事實驗，一個從事理論，他們兩人共同推動國內量子光學事業的發展，行內人戲稱，“彭老師出錢，郭老師出力”。

另一位回國學者是中科院物理所研究員吳令安——她是第一個在實驗上研制成功光場壓縮態的學者。獲博士學位后回國后，吳令安繼續從事壓縮態和量子密碼的實驗研究。

這都是后話。

震驚國際量子光學界

畢竟國外20年前就開始做了。跟著做想趕超？太難。

90年代初，郭光燦接觸到一個新詞：量子信息。他想，這可能是個突破口。

可他連“經典信息”都不清楚。怎么辦？啃！

他請來中科大信息學院的教授，從“0101”開始跟學生們一起學起了編碼。“啃”完整本書，他們找到一個題目：量子編碼。

“量子性很容易受干擾而被破壞，叫做消相干；后來有人提出用編碼的辦法，保護信息不受干擾。但是量子的編碼，很難：開始是11個編1個，后來9個，7個。有人證明至少5個編1個。”

編碼好像已經被前人做“到頭”了，學生們有點士氣不振。

“不會，這個領域剛剛開始，現在遍地是黃金，好好找，肯定能找到。”郭光燦堅信。

后來證明他是對的。當時所做的編碼，其量子比特是獨立的消相干，“我們來一個集體消相干會怎樣？”

還真算出了名堂。“集體消相干”更省事：他們把不會消相干的特殊量子態稱為“無消相干子空間”，只在需要的時候再把會消相干的量子編碼到這個態上，來避免出錯。在國際上，人們稱之為“量子避錯編碼”。

“量子避錯編碼”成為三種不同編碼原理之一。

1997年，郭光燦把這一成果發表在《物理評論快報》（PRL），震驚了國際量子光學界：中國居然在量子光學上有這樣的成果。

當時，馬里蘭大學一位中國學者在開會時遇到國際同行，總會被問：你認不認得GC Guo？

這位學者說：“這真讓人驕傲。”

“中國人是能夠超過他們的”

郭光燦的研究組，他或他的學生每周都要做報告，介紹最近關注的動態，豐富大家的思路。一次，郭光燦介紹了量子克隆。

一個量子信息不能克隆成兩個一模一樣的量子信息，叫做量子不可克隆。

有人就說，克隆不成功也可以，一個克隆成兩個，跟原來的相似程度，叫保真。保真度小于1，就不一樣；保真度等于1，就完全一樣。

“我們就提出一個新的克隆原理。克隆機成功克隆一個信息，留下來；不成功的丟掉，成功的最大的效率是多少？”

他們算出來這個極限，并命名為“段－郭界限”。這個界限不可逾越，否則違背量子力學，也稱為“段－郭界限不可逾越”。

這是他們發表在PRL的第二篇高水平文章。此時，郭光燦在國際上該領域已經小有名氣。

“量子概率克隆”的一位審稿人驚訝于郭光燦組的成果，感慨：我們怎么就沒想到？

對此，郭光燦淡然：“我們中國人是能夠超過他們的。”

還有一則故事。

2000年，郭光燦研究組憑借“利用光腔制備兩原子糾纏的方案”研究再次引起世界側目。后來，法國科學家Serge Haroche用實驗證明了這一理論。

他在實驗成功之后給郭光燦發了一封Email：祝賀你，我們在實驗上把你的方案做成了。

十年之后，Serge Haroche獲得了2012年諾貝爾物理學獎。

中國的聲音

量子信息方興未艾，對國家來說，僅靠一個研究組是不行的。

中國的量子科學落后于國際前沿20多年，如何盡快步入世界前列、實現趕超，一直縈繞在郭光燦腦海中。

其時（20世紀90年代）對“量子信息”爭論還很多。“包括后來在量子信息領域做出貢獻的人在當時都不理解，覺得‘不靠譜’。那時基金委主任后來告訴我，當時很多人認為不行，就你一個人堅持。”郭光燦回憶說。

“我想了各種辦法，去吸引國內更多年輕人從事這個領域，讓領導和學術界能夠更了解這個領域。”著述《量子光學》教程，在《物理》雜志寫科普論文，參加會議……郭光燦奔走呼告。

郭光燦著述的《量子光學》教材

1998年，郭光燦組織量子信息香山科學會議。他致信錢學森，提出我國應該以“兩彈一星”精神推動量子信息的發展，搶占先機。

“這個領域太新太小，當時我還挺天真，就想找全國最牛的，邀請錢老做香山會議的主席。”郭光燦回憶說。

是年，錢老已離不開輪椅。但他很快回了信，“你說的都很重要，我很支持你。”事后，郭光燦聽說錢老動員國防科技大學去調研量子計算機。

郭光燦后來找到王大珩（后者在香山科學會議第98次學術討論中擔任執行主席）。王大珩專于經典光學，但他觸類旁通，馬上意識到了量子信息研究的意義，欣然同意。

他說：中國人必須在這個領域要有自己的聲音。

這話落在郭光燦心窩里，眼眶一熱。

彼時，恰逢香山會議五周年。在五周年大會上，會議主持人張燾邀請了18人做報告，前17人是教育部副部長、科學院副院長，是科技部官員、是院士，第18個是當時名不見經傳的郭光燦。

他局促。張燾說，沒關系，你這個領域有意思。

報告效果非常好——與會的大家從沒有聽過量子信息，聽完郭光燦報告，大家很吃驚：還有這么個領域？

時任中國科學院副院長的白春禮問旁邊的人：這人是誰？

截圖自：香山科學會議年報（1998）當時白春禮主管中國科學院“知識創新工程”，他找到郭光燦和他坐一起吃飯，邊聊：你這個就是科學院搞“創新工程”要支持的內容。

量子信息實驗室

關于支持，還有一個郭光燦津津樂道故事。

正當郭光燦為籌措經費一籌莫展的時候，他的好朋友、中國科學院院士葉朝輝在一次聊天中無意中透露他一條“小道消息”——

1997年，美國華裔物理學家朱棣文（Steven Chu）獲得諾貝爾獎，時任中科院院長路甬祥作為嘉賓參加頒獎典禮。朱棣文在發言中講“冷原子”時提到量子計算機。路甬祥聽后記在了心里。

路甬祥回國以后就問，國內有誰在搞量子計算機？

有人告訴了他“郭光燦”的名字。

知曉此事后，郭光燦立即意識到這是一個好機會。他立即寫信給路甬祥，說明研究量子計算機的重要性，提到了他在國際上的兩個有一定影響工作，最后“希望科學院給我一些支持”。

那是1998年，他的兩個基金都到期結題，按照當時的規則，要停一年才能申請新的基金。“巧婦難為無米之炊”，郭光燦那一年“斷了炊”，“一分錢都沒了”。

路甬祥把這封信轉到時任中科院高技術發展局局長桂文莊手里，批示桂“了解和處理”。

桂文莊當晚就到了中科大，住在中科大的專家樓給郭光燦打電話：“我是桂文莊，科學院過來的。你能不能來一下？”

聽了郭光燦的介紹，有著馬里蘭大學理學博士學位的桂文莊馬上意識到這是一個極具生命力的新興領域。事后他跟郭光燦推心置腹：我現在最大的權力，只能給你5萬元的資助。

郭光燦興高采烈：5萬也好啊，這可是雪中送炭，起碼能解燃眉之急。

但他得寸進尺：“可不可以給我們立個項目？”

沒想到桂文莊考慮得更周全：“弄個項目做完就完了”，他建議郭光燦建一個實驗室，“能夠得到長期的支持”。

在桂文莊的支持下，郭光燦在中科大籌建了量子信息實驗室。

1999年，桂文莊向路甬祥舉薦，破格讓郭光燦的校級實驗室參加中科院信息領域的院重點實驗室的評估考核——好的評估結果意味著更多的支持。

結果，量子信息實驗室評得了第一名。

自此之后，這個實驗室成了中科院的重點實驗室，每年可以獲得350萬元的科研經費。

“以前都搞理論，從那以后，我開始‘做實驗’。”2002年，郭光燦課題組在中科大東西校區之間往返6．4公里光纖上，實現國內首次光纖量子密鑰分配。

2003年，郭光燦課題組憑借在量子信息研究領域扎實的積累和豐碩的成果，獲得國家自然科學二等獎，這是量子信息領域第一個國家獎。

“從此我們走上正軌了。”他說。

燃星星之火，成燎原之勢

其實自1998年開始，郭光燦就一直在申請973項目。他想：973項目瞄準的是“國家重大需求的基礎研究”，而將來量子信息、量子密碼都是國家需要的，應該得到資助。

然而第一年、第二年把材料送上去，杳無音訊。

后來才知道，他的申請根本就沒有被討論，因為當時專家組的部分專家認為，經典信息尚未研究清楚，搞什么量子信息？

直到2001年，當時國際上量子信息已經比較火了，國內也逐漸意識到其重要地位。郭光燦在第四次申請之后終于拿到了中國量子信息領域的第一個973項目。

在歷年申請973項目中，郭光燦都是“一個人在戰斗”，找個討論的人都沒有。他深知，這個領域太需要開拓。

拿下項目之后的郭光燦開始琢磨，該資助誰？

“其實一個國家在這個領域整體水平提高了，個人才能更高，沒有這個背景，孤軍奮戰不會有大發展，這是相輔相成的。”

郭光燦說，“我就是要把國內整個領域帶起來。”

他把國內“想要做的、有可能做的”主要隊伍都攏了起來。1個973項目，8個課題，十幾個單位，50多位研究人員，包含中科大、清華、北大、中科院物理所，正籌建的、原沒有的，他全都拉進隊伍。

5年后項目結題時，成績斐然。

這成績，不僅是取得一批研究成果，更在國內建立了若干科研陣地，尤其是培養了一支具有開拓創新能力的科研隊伍。

郭光燦在實驗室后來，該973項目中的4名課題組長成為院士：郭光燦、彭堃墀、孫昌璞、潘建偉；項目骨干杜江峰后來也評上了院士；其后被評為“杰青”的、成為973項目首席的也有十幾個。

“這支隊伍將在以后發揮非常重要的作用。”郭光燦很滿足：“如果當時就我一個隊伍，別人都不發展，那也不會是現在這種局面。我現在很高興看到我國在這個領域的蓬勃發展。”