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点亮未来——一个学生团队的十年
1.2.2.10 理论缺方向 我们为什么要搞理论

理论缺方向 我们为什么要搞理论

【量子组的由来】

Dian团队的定位是工科学生团队,以真实项目为牵引,在干中学,然而,Dian团队资历最老、生存周期最长的一个项目组反而是跟工科不搭界的量子组。一个工科学生团队为什么要搞理论呢?

这与高校对教师的要求有关。高校的专业课教师如果只满足于书本教学或脱离理论指导的实践,那是很难站稳讲台的。所以教师一定要有自己的研究方向,刘玉也不例外。在刚刚调入电信系的那一段时间,刘玉对自己的学术方向定位一度很迷茫,为此还曾多次与领导和同事讨论商议。在与同事刘文予教授的交流中,他们两人都看中了量子保密通信这个新的研究方向。另一个关键人物是003号大师兄王长强。王长强在“公文加密”完成之前就从物理专业跨系考上了电信系研究生,所以他本科一毕业就跟随刘玉读研。由此,王长强与电信系刘文予老师的研究生混合组成研究小组,研究量子通信。量子通信是一门新兴的交叉学科,当时学校的物理系和电信系都没人研究,而王长强的出现刚好为理工交叉搭起了桥梁,于是Dian团队诞生了看似有点奇异的小组——量子组。

一开始,量子组只有王长强孤身一人。研究量子通信需要懂一点量子理论基础的同学加盟,因此,应该把物理、光电的学生也吸引到Dian团队。王长强在物理系拉来了自己的学弟赵元,而刘玉则找过去的学生、光电系的辅导员赵子恺,请他推荐有能力的学生,小赵推荐了大二学生王晓鑫。在军训的时候,小赵就发现王晓鑫书架上的书跟别人不一样,看得出他的兴趣非常广泛。刘玉见了王晓鑫,仔细交谈中发现,大一的时候他就已经是软件高手,他编写的软件程序被物理老师在全校教学中使用。刘玉好奇地问王晓鑫:“你既然已经是软件高手了,为什么不继续走技术之路呢?”王晓鑫是这样回答的:“过去一年我的感觉是,软件技术再牛也只能改变世界的一小块,而如果在理论上有所突破的话,可能会改变世界的一大块。”正是这番回答让刘玉认定了这个孩子很不一般,值得培养。接着,电信系也来了一堆报名者,而且大部分是女生:区慧铭、邹佩琳等,还有刘文予老师新招的女研究生李宁,小小的团队里一下子就添了好多女生。

量子通信是一扇通向未知世界的门,大家对此都缺乏了解,所以才公平,因为每个人的机会都均等。新人们对于量子通信的理解都是一张白纸,大师兄王长强就带领大家查资料、编讲义,边打量子力学的基础,边选择自己感兴趣的课题,充分发挥个人的自主学习能力,然后在每周的例会上汇报,分享各自的学习成果。这是Dian团队唯一一个不以企业需求来命题、没有硬任务的小组。

虽然没有相关的经验,刘玉对这支队伍还是很有信心的。因为仅仅通过公文加密项目,王长强就执笔发表了一篇论文,队员们申请了两项国家发明专利。这是项目之外出乎意料的惊喜,也让刘玉看到了本科生身上巨大的科研潜力。所以量子组的课题既是客观形势催生的产物,也是刘玉内心笃定的一块石中玉,必将绽放无限芳华。

【风雨中的“遵义会议”】

刘玉内心对量子组充满了期望,女生区慧铭不久就在学术期刊上发表了一篇综述性论文,组长王长强也被派到中科院武汉数学物理研究所联合培养。可是,当区慧铭毕业、王长强离校之后,量子组逐渐迷失了前进方向。虽然量子组每周仍然举行一到两次讨论会,可是看得见的输出却不多。编完了量子力学讲义,打了基础却不知道下一步该做什么。相比团队其他项目组的捷报频传,量子组却“两年不鸣”,颇有些尴尬,继任组长李宁漂亮的脸庞上整天愁容密布,组员们的斗志日渐低落。直到2004年的7月,暑假开始后不久,李宁终于忍受不了压力,找刘玉反映量子组的危机。刘玉马上叫她通知全组次日下午开会,没想到由此拉开了量子组历史上的“遵义会议”的帷幕。

次日下午,西五楼505教室,刘玉前来主持量子组会议。

那天狂风大作,接着下起了瓢泼大雨,天地间顿时雨幕笼罩,大风夹杂着雨水打在玻璃上啪啪作响,也预示着有些事情要发生。

下午2:30,刘玉到了,李宁组长到了,可是组员却无人准时出现,刘玉不禁摇头。

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2004年7月10日,量子组“遵义会议”教室外风雨交加

陆续地,邹佩琳等组员终于来了,可是,骨干成员王晓鑫还不见踪影。刘玉怒气开始上升,Dian团队一向重视作风甚于重视技术,不能容忍严重迟到,就打电话给王晓鑫。

“为什么还不来参加例会?!”

“刘老师,不好意思,外边雨这么大,我,我没伞……”

刘玉当即就爆发了:“我不管你有没有雨具,现在全组都在等你,你今天不来我是不会走的,你自己看着办!”说罢,“啪”的一声合上了小灵通的机盖。

当王晓鑫撑着一把借来的伞赶到西五楼的时候,刘玉已经从愤怒的情绪中逐渐平息下来了,她马上进入会议主题,直接询问量子组的研究进展。大家正在阅读消化新发布的一个量子直传协议(简称“乒乓协议”),但不知该如何继续前行。

刘玉发话:量子组已经“厚积”了很长时间,却没有“薄发”,现在是暑假,有两个月的黄金时间,组员们必须有成果输出意识,每个人都要有明确的目标。

刘玉首先拿王晓鑫开刀,见他根本提不出暑期奋斗目标,于是命他在吃透“乒乓协议”的基础上,要么设法找出该协议的漏洞,提出改进方案;要么利用已知的光学器件设计出“乒乓协议”的实现装置,必须当场表态。在刘老玉的“威压”下,狼狈不堪的王晓鑫别无他法,只得选择了当时他认为相对容易的设计装置任务。

刘玉凌厉的目光接着又扫到邹佩琳身上。在刘玉的印象中,邹佩琳是个内向、勤奋但是一直都没什么想法的女生。每次量子组开会进行头脑风暴或者专题讨论的时候,她总是最忠实的听众,但只听不说,很少见到她发问或阐述自己的观点。刘玉甚至一度有劝她退出的念头,但是她的守时与坚持又让常说“态度决定一切”的刘玉不忍开口。此时,刘玉也给邹佩琳下达指令:“你在量子组的时间不短了,不能没有输出意识。如果你觉得自己基础差,那能不能把“乒乓协议”用科普的语言写出来,让中学生也能看明白,可以投稿科普读物。”邹佩琳一听,觉得导师要求不高,马上答应了。

随着刘玉为组员一一下达明确的阶段性目标,至此已将全组向前推进了一大步,会议的最后阶段,刘玉还是严肃批评了王晓鑫这种不端正的态度作风,再次强调了纪律和作风对取得成绩的重要性。

会议圆满结束,史称量子组“遵义会议”。

【破茧成蝶】

经历了“遵义会议”之后,量子组总算步入了正轨,刘玉期待已久的量子组也很快迎来了春天,只是没想到会一飞冲天。

没出半个月,王晓鑫就兴高采烈地打电话向刘玉汇报他的研究成果——根据那篇“乒乓协议”的外文文献,几乎不可能实现对应的物理装置,因为该协议对光程差的要求太苛刻了。

刘玉忙问:“实现不了?这不是坏消息吗?”

王晓鑫继续兴奋地说:“但是,我可以将物理装置的设计稍加调整,就不必对光程差有严格限制,只是那样的话,协议也要随之改动一点,也不知在安全性方面会不会稍有下降。”

刘玉闻之大喜:“王晓鑫,你真有才,岂不是把我会上给你的两个要求全都做到了吗?”

刘玉建议他写三篇论文:

1.“乒乓协议”的高复杂度物理实现方案(尽管实际中很难做到);

2.提出一种改进的“乒乓协议”,优点是可以低复杂度物理实现;

3.证明改进型“乒乓协议”的安全性。

师生二人在电话中兴奋地聊了很久,刘玉最后才得知,王晓鑫踢足球伤了腿,以上研究是在床上躺着弄出来的。

王晓鑫躺在床上写出的论文,投稿到《光学学报》,仅半个月就被录用了。2005年11月,量子组研究成果到上海复旦大学参赛,获得第九届全国“挑战杯”二等奖,王晓鑫也代表湖北省与全国各地推选的英才竞争,荣膺全国“十大挑战学子”称号,并获得飞利浦公司奖学金资助。

邹佩琳的“科普”文章反复修改了5稿,直到全组成员都认可才投稿,同样很快被《光通信技术》录用,她也因此获得免试推荐研究生的加分,被保送西安电子科技大学读研。

墙里开花墙外香。任谁都没有想到,在Dian团队看似普通的邹佩琳,毕业后居然会受到如此多的关注,《人民日报》2007年4月19日以“‘密码女孩’破茧成蝶的故事”为题,登载了对她的专题报道。

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王晓鑫与飞利浦公司代表签约奖学金资助协议

她曾是华中科大Dian团队的一员,从对量子一窍不通到硕果迭出——

“密码女孩”破茧成蝶的故事

人民日报记者杨明方

在西安电子科技大学读研究生二年级的邹佩琳以“密码女孩”的称呼而远近闻名,连不少高年级的研究生都来向她请教课题、论文方面的事。她在华中科技大学读本科时执笔写的论文就发在《光通信技术》、《系统仿真学报》等权威刊物上,并申报了几项国防专利!

“可你知道吗?大三刚进Dian团队那会儿,差不多整整一年,她在小组讨论时几乎一言不发。”华中科技大学Dian团队指导老师、电信系副主任刘玉教授说。

知识的积累来自点点滴滴 钟情量子的“密码女孩”

邹佩琳是华中科大电信系2001级本科生。2003年9月一个星期日的晚上,她跟着宿舍同学一起去旁听了Dian团队的新学期第一次例会。Dian团队正式名称为“基于导师制的人才孵化站”,是2001年年底创立的。“知识的积累来自点点滴滴!”她为这句富有哲理的团训所吸引,提出申请加入Dian团队,被编入量子组。那时,她对量子方面的知识还一窍不通。

量子通信,是利用量子位进行信息传递的一种绝对安全的通信方式。刚进量子组时,组长让邹佩琳自己去找量子力学方面的书看。她看不懂,但还是一边看一边记笔记,把《量子计算与保密通信》一书过了一遍。大家热火朝天地进行小组讨论时,她觉得自己根本插不上话。

一开始,刘玉和同学们都觉得这个小姑娘很木讷。慢慢地,刘玉注意到邹佩琳的优点:尽管她一言不发,但例会从不迟到早退,总是坐在那个角落,就那么静静地听着。

眼看一年快过去了,邹佩琳还没有一点儿做研究的感觉。加上组里一些新老队员相继离开,到暑假实习的时候,她产生了离开量子组的念头,认为做网站比搞理论有趣得多,想去参加网页组的实习。刘老师和组长严厉告诫她:要考虑清楚,自己想要的到底是什么?她想来想去,觉得在没取得任何成果的情况下放弃做了这么久的工作,还真有点儿不甘心!

“后来的事实证明,这个决定太重要了,可以说对我的整个人生都有决定性的意义。”邹佩琳说。大三暑假的实习,她经历了“凤凰涅槃”的过程。每天早上八点到晚上十点半,她都泡在实验室里,按照刘玉老师规定的时间进度,用一个星期的时间查看文献资料,到第二个星期末赶出论文初稿,然后修改论文、找杂志投稿……

很快,这篇邹佩琳为第一作者、题为《一种安全的量子明文直接传送方案》的论文被《光通信技术》录用。刘玉说:“小姑娘很有灵性,能把量子通信领域很艰深晦涩的论述用一种简明的语言归纳整理出来,不简单。”思维的闸门一经打开,智慧的洪流便滚滚而来,邹佩琳在创新之路上一发而不可收。读大四的时候,她和刘玉老师一起,相继开发成功“基于乒乓协议”和“基于量子直传协议”两种量子直传保密通信装置,并申报了国防专利。本来,邹佩琳平时的课程成绩只能算中等,没有保研的资格。但凭着她在核心期刊上发表论文这一条,让她加了2分,并幸运地挤上了参加保研资格评审复试的末班车。西安电子科技大学的研究生导师获悉邹佩琳在华中科大Dian团队参加科研并取得突出成绩,仅仅通过电话面试,就录取了她。

“他们缺的是机会和环境” 本科生的科研能力不可小视

4月7日,正在北京联想研究院实习的邹佩琳不远千里,和上百名昔日“团友”相约赶回母校,专程参加华中科技大学Dian团队成立五周年晚会。这台晚会全部由Dian团队新老成员自导自演,《咱团队的人》、《说唱量子组》等丰富多彩的节目把这群理工学子的艺术才华展现得淋漓尽致。中国工程院院士、华中科技大学校长李培根即兴发表感言说:“Dian团队因为刘玉老师而辉煌,刘玉老师因为Dian团队而美丽!”

2001年12月,一直兢兢业业从事本科教学的刘玉获得一个很小的项目,因为没有研究生帮忙,她便在校园网的BBS上发帖子,从物理、自控、计算机系招了3个本科生一块儿做课题。没想到,几个月后,他们圆满完成了课题任务,并编写了2万多行的代码。“本科生科研能力不可小视,”刘玉感慨地说,“他们缺的是机会和环境!”

2002年3月1日,刘玉在网上组建科研论坛“Dian团队”,意为“知识的积累来自点点滴滴”,让不同专业的学生开展技术讨论。依托这个科研论坛,Dian团队随后正式组建,最初只有5名队员。以此为基地,刘玉逐步探索出一条全新的人才培养模式:以项目为牵引,以高强度的导师制为典型特点的本科人才孵化机制。

据了解,Dian团队的第一个项目“计算机网络信息加密方法研究”总经费仅3.5万元。而就是这个不大的项目,申报了两项国家发明专利,为团队培养了三代队员。

尽管邹佩琳已毕业离校近两年,但她在Dian团队的第039号编号一直得到保留。刘玉告诉记者,目前Dian团队编号已按顺序排到190号,团队现有正式队员76人,预备队员29人,本科生约占70%。截至今年3月,团队已完成41个科研项目,其中直接面向企业需求的有30项,不少成果迅速转化,被企业推广应用。

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2005年6月,毕业欢送宴上神采飞扬的邹佩琳

022号队员王晓鑫、039号队员邹佩琳只是量子组的两个代表,该组还陆续涌现出不少“英雄传奇”——

128号队员华沙同学的论文被权威期刊收录,并代表Dian团队首次走出国门,远赴美国参加国际学术会议;

148号队员李玥同学以第一作者的身份发表了4篇国际会议论文,并到维也纳参加世界青年量子科学家会议,因论文高产,他申请美国名校,轻松获得全额奖学金资助;

260号队员张彬彬同学一个人就发表了1篇A类(影响因子排前20%)、3篇B类(影响因子排前50%)论文,加上与组员合写的论文数量,相当于华中科技大学三名博士生的毕业答辩条件。