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现任中国科学技术大学常务副校长。第五届中国青年科技工作者协会会长。中组部首批“千人计划”入选者，中科院量子科学实验卫星先导专项首席科学家。中国科学技术大学量子隐形传态研究项目组主持人。

2017年获得2016年感动中国人物称号。2017年9月9日获得第二届未来科学大奖获“物质科学奖”。2017年12月19日，潘建伟入选《自然》2017十大科学人物、获称“量子之父”

潘建伟多年来一直从事量子信息学领域的研究工作并取得了多项重大研究成果。曾被英国《自然》杂志以封面文章的形式发表了他为第一作者的论文《任意纠缠态纯化的实验研究》。量子通信技术是发展中的新兴学科。远距离的量子态隐形传输作为一种新型通信手段具有高保密性和安全性，因而有很高的研究和利用价值。近年来，国际量子信息学研究领域取得了一系列重大突破，但解决量子态隐形传输距离短的难题仍然是目前国际上重要的研究课题，潘建伟教授及其同事下一步的计划是希望能够在解决这一难题上寻求突破。

2007年1月20日，由547名中国科学院院士、中国工程院院士投票评选出的2007年中国十大科技进展新闻在京揭晓，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室(筹)量子物理与量子信息研究部潘建伟教授领导的科研团队的成果"实现六光子薛定谔猫态"榜上有名。这是科大成果连续第五年入选年度"十大科技进展"，也是潘建伟团队的研究成果最近五年内第四次入选"十大科技进展"。

作为国际上量子信息实验研究领域开拓者之一，他是该领域有重要国际影响力的科学家，取得了一系列有重要意义的研究成果。首次实验实现量子隐形传态及纠缠交换、终端开放的量子隐形传态、复合系统量子隐形传态、16公里自由空间量子隐形传态。

由于潘建伟及其同事在量子信息实验领域的系统性工作，他分别被重要综述杂志Phys. Rep.和Rev. Mod. Phys.邀请撰写有关量子通信和多光子纠缠操纵的实验综述论文，其中后者是中国大陆科学家在该刊发表的第一篇实验综述论文。曾获求是杰出科学家奖、中国青年科学家奖、中国科学院杰出科技成就奖、奥地利科学院Erich Schmid奖、欧洲物理学会菲涅尔奖等奖励，2013年何梁何利最高奖"科学与技术成就奖"。

传统认为光速最快，但2015-03-06新闻稿"中科大实现量子瞬间传输技术重大突破"报道：中国科技大学潘建伟教授主持的量子隐形传态研究项目组2013年测出，量子纠缠的传输速度至少比光速高4个数量级。在量子纠缠的帮助下，带传输量子携带的量子信息可以被瞬间传递并被复制，因此就相当于科幻小说中描写的"超时空传输"。纠缠态的量子，并没有发生空间的转移，只是处于纠缠态的量子中一个粒子的变化引起了另一个粒子的变化。

这是他团队的伟大成绩。

1997-1998年，作为学生参加了他的奥地利老师塞林格教授首次成功实现的量子态隐形传送(1997)以及纠缠态交换(1998)；

2014年11月，潘建伟及其同事张强、陈腾云与中国科学院上海微系统所、清华大学的科研人员合作，通过发展高速独立激光干涉技术，结合中科院上海微系统所自主研发的高效率、低噪声超导纳米线单光子探测器，将可以抵御黑客攻击的远程量子密钥分发系统的安全距离扩展至200公里，并将成码率提高了3个数量级，创下新的世界纪录，该成果发表在物理学期刊《物理评论快报》上。