在1992年的本科畢業(yè)論文中，綽號“阿爾伯特”的中科大近代物理系學生潘建偉，選擇站在“偶像”愛因斯坦一邊，集中研究、總結了量子世界的各種佯謬。此后25年窮極探索，從一張桌子的距離，到千公里級的“星地穿越”，他所有的實驗數(shù)據(jù)證明 ：愛因斯坦是錯的。
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他培養(yǎng)出數(shù)位“操縱光子的巫師”，從三光子到十光子，一路保持世界領先，將“量子糾纏”進行到底；他將“量子隱形傳態(tài)”從科幻世界帶進現(xiàn)實，實現(xiàn)距離和維度的多次跨越。
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正是借助這些基礎特性，量子保密通信正在中國率先從夢想王國邁入產(chǎn)業(yè)化軌道；量子計算機和量子精密測量的基礎研究，也日益成為大國“必爭之地”。至少15年以上的長遠目光，令潘建偉團隊在中國的這些前沿應用領域，牢牢占據(jù)主角的位置。
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如今他執(zhí)掌著上億元科研經(jīng)費，同時是國家領導人和商業(yè)巨頭頻繁的座上賓。他沒有辜負20年前的自己——在奧地利，博士導師、量子實驗物理權威塞林格問：“你的夢想是什么？”當年28歲的潘建偉壯志滿懷地回答：“在中國建一個世界一流的量子物理實驗室?！?/p>
2017年6月16日，安徽合肥，潘建偉與“墨子號”量子衛(wèi)星模型合影
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中國量子信息領域登上國際頂級期刊的論文，近2/3從這里產(chǎn)生，累計過百篇；其中，2012年受邀為“物理學圣經(jīng)”《現(xiàn)代物理評論》撰寫的長篇綜述論文，無可爭議地奠定其在多光子糾纏和干涉領域的國際領軍地位；2016年“墨子號”量子衛(wèi)星發(fā)射，隨后量子密鑰分發(fā)、量子隱形傳態(tài)、量子糾纏分發(fā)在1200-1400公里的尺度上實現(xiàn)，更是吸引國際科學界矚目……“潘之隊”享譽海外。
獎項紛至沓來。2017年12月18日，國際頂尖學術期刊《Nature》（《自然》）發(fā)布年度十大人物，中科大教授潘建偉上榜；不到一個月，2018年1月10日，潘建偉又在第48屆量子電子物理學大會上，獲頒蘭姆獎（Willis E. Lamb Award），以表彰他在光量子信息前沿研究領域的開創(chuàng)性實驗貢獻。
然而近兩年，潘建偉愈發(fā)意識到時間的飛速流逝，因為僅僅“世界一流”還不夠，他的目標是“百年老店”。年近半百，放在中科院院士里，是絕對的年輕派，他卻儼然背著一副“思想重擔”。
“百年老店首先要有一種傳統(tǒng)。如果就靠一個人，可能他在的時候做得比較好，慢慢他年紀大了，可能隊伍就萎縮了?！迸私▊r不時催促團隊里的年輕人，趕緊開辟新方向，獨立開展工作，而不是由他繼續(xù)主導新方向的討論和選定。
“光量子信息處理是我的老本行，盡管我現(xiàn)在親自到實驗室做實驗比較少，但是再怎么做我都知道是在我的那個shadow（陰影）之下。要是他們在新的方向上做出新的工作，在國際上達到我們在光量子信息處理領域的學術地位，才能夠算是真正的成功?！闭f這話時，潘建偉又習慣性地蹙緊了眉頭。
就像一片森林，每一棵樹都獨立生長，又根脈相接。“形成研究傳統(tǒng)很重要，這樣目標可以放得更長遠，幾十年如一日一直往前走，一代代傳下去，就比較從容、持久，不會太浮躁?！迸私▊フf。
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“朝圣”之路
2016年1月8日，人民大會堂。潘建偉接過半個上身大的紅皮證書——“最具含金量”的國家自然科學獎一等獎，頒給“多光子糾纏和干涉度量學”。41歲成為“最年輕中科院院士”的他，以45歲之齡，領銜中科大微尺度物質科學國家實驗室五人團隊，刷新中國自然科學領域最高獎的“最年輕獲獎者”紀錄。
彭承志、陳增兵和他一樣是“70后”。位列項目第三、第四完成人的陳宇翱、陸朝陽則是“80后”，兩人都曾是潘建偉在中科大帶的研究生，獲獎當年分別是34歲和33歲，五年前便入選首批“青年千人計劃”，成為教授。師徒三人先后于2005、2013、2017年斬獲歐洲物理學會菲涅爾獎。該獎每兩年頒一次，作為量子電子學和量子光學領域青年科學家的最高榮譽，專門獎勵35歲以下的佼佼者。
量子具有疊加狀態(tài)，糾纏現(xiàn)象是它的基本特性，即使相距遙遠，一個粒子的行為也會影響另一個的狀態(tài)。通過量子糾纏，無需傳輸載體，就可實現(xiàn)量子遠距離隱形傳態(tài)。
自誕生以來，量子力學素有“男孩物理學”的戲稱。愛因斯坦1905年提出光量子假說，26歲；玻爾1913年提出原子結構理論，28歲；海森堡1925年創(chuàng)立矩陣力學，1927年提出測不準原理，是24歲到26歲。量子力學奠基人之一波恩在哥廷根的理論班，被人叫作“波恩幼兒園”。
獲獎兩天后，“潘之隊”五人排排坐，在中科大上海研究院會議室，接受媒體集體采訪?；貞涍@一幕，陸朝陽笑說，“有幾個記者非要采訪，問了一堆問題，我們坐成一排都不說話，看著潘老師，有他在我們就可以偷懶一點。”
就在這次對話中，潘建偉第一次提出，要把實驗室開成“百年老店”——就像科學史上如雷貫耳的德國馬普所、英國卡文迪許實驗室。陳宇翱和陸朝陽正是被推薦到這兩個實驗室培養(yǎng)，然后歸國。
現(xiàn)在，幾乎所有世界頂尖實驗室，都向潘建偉團隊敞開國際交流的大門；一位正在潘建偉團隊交流的中山大學博士生則告訴我，來到這里，對他而言就如同“朝圣”。知乎上，中科大的學生留言，潘建偉實驗室所招本科生要求之高難望項背，附和者眾。
研究院辦公樓底樓大廳，有兩面石灰?guī)r裝飾墻，愛因斯坦的畫像就掛在“科圣”墨子和“量子理論之父”普朗克之后。轉角，玻爾和薛定諤、費曼、沈括、張衡等人排成一列。一條緯線，數(shù)條經(jīng)線，分割整個墻面，每個畫框的三條邊與這些線條嚴絲合縫。
“墨子號”量子衛(wèi)星糾纏源分系統(tǒng)主任設計師印娟，主要負責1200公里超遠距離量子糾纏分發(fā)，在2017年6月登上《Science》封面 ? ? ? ?圖/沈煜
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毋庸置疑，這都是潘建偉的手筆?！芭死蠋熅褪亲鍪伦非髽O致的這么一個人，”陸朝陽說。到什么地步？走進別人的辦公室，他一眼看到墻壁開裂了，“哎？！趕緊叫人來修一下”；在下水道看到一個瓶子，也會向分管基建的副院長“打小報告”。
“名人堂”一旁的兩塊立柱，上上下下掛著好幾塊牌子：“量子信息與量子科技前沿協(xié)同創(chuàng)新中心”（教育部“2011計劃”）、“量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院”、“量子保密通信‘京滬干線’上海運控中心”、“量子科學衛(wèi)星實驗中心”、“中國科學院-阿里巴巴量子計算實驗室”。
“墨子”是這一方天地的“守護神”。不僅僅是量子衛(wèi)星“墨子號”和“墨子沙龍”，中心以他命名的還有杰出博士后獎（Micius Research Fellow），早前邀請國際知名學者做學術交流和訪問的項目也被稱為“墨子講壇”（Micius Colloquium）。
“戰(zhàn)國時期圣人太多，有些圣人通過思考就可以達到人生的追求，知道世界是怎么樣的。孟子批評墨子，中國文化慢慢走向儒家，更加和哲學聯(lián)系在一起，科學本身在中國沒有得到很好的發(fā)展。”在一場“墨子沙龍”報告中，潘建偉主動闡釋以“墨子”命名論壇的原因：“中國古代就有偉大科學家，提出的東西上千年后才被西方世界重新發(fā)現(xiàn)。”
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此間的少年
距今二十多年前，27歲的潘建偉負笈千里外的奧地利小城因斯布魯克，與導師塞林格共同在國際上首次實現(xiàn)單光子自旋態(tài)的量子隱形傳輸，這成為量子信息實驗領域的開山之作。
理論物理出身的他，在選擇導師時獨具慧眼，從零起步轉向實驗物理。很多年后，他所在的這個學科已經(jīng)走出三個諾貝爾獎和五個沃爾夫獎獲得者，沃爾夫獎歷來被視為諾貝爾獎的風向標。在這里，潘建偉很快展現(xiàn)出實驗天賦，獨立想出了量子隱形傳態(tài)的理論方案。
2016年11月28日，在河北興隆觀測站，“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星過境，科研人員在做實驗。圖為合成照片，紅色為地面站信標光，綠色為衛(wèi)星信標光
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當他興奮地向導師和同事講述這一想法后，他才知道鬧了笑話，限于當時國內(nèi)較為閉塞的文獻獲取渠道，他竟然不知道這是Bennett等人已經(jīng)提出的方案，而塞林格的實驗室正在做這個實驗，于是他順勢參與其中。
1998年寒假前夕，潘建偉回到母校東陽中學做科普報告，介紹國際最新的量子物理實驗結果，陸朝陽就是坐在臺下的高一學生。2000年陸朝陽考入中科大物理系，大三時再次聽到潘建偉的報告，課本上“有點詭異”的量子理論，由他娓娓道來，聽上去那么“質樸、真實”。一次暢談，讓陸朝陽決定轉投潘建偉門下，放棄保研“感覺比較賺錢的”微電子專業(yè)。
2017年歐洲物理學會菲涅爾獎得主、中科大教授陸朝陽在實驗室中。今年5月，國際上首臺電子管和晶體管計算機的量子模擬原型機在這里誕生 ? ? ?圖/沈煜
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“潘老師一直給我們消除‘差不多就行了’這類心態(tài)?！标懗栒f，“他鼓勵學生，花10倍的時間做一件重要的事，比一倍時間做10件不重要的事情要好得多?！?015年，他們打破國際權威學者的“不可能”預言，實現(xiàn)了單光子多自由度的量子隱形傳態(tài)，作為中國本土完成的科學成果首次入選英國物理學會評選的國際物理學十大年度突破且位居榜首。這距離塞林格實驗室的“單自由度”實驗，已經(jīng)過去18年。次年，陸朝陽入選《自然》十大“中國科學之星”，塞林格評價他為“操縱光子的巫師”。
六光子糾纏是陸朝陽加入潘建偉實驗組的第一次“大考”。當時還是碩士研究生一年級新生的他，對潘建偉的要求嚴格深有體會?！凹m纏有幾個標準，最嚴格的糾纏和次嚴格的需要的數(shù)據(jù)品質和積累的數(shù)據(jù)量可能相差10倍?！彼F(xiàn)在也會這樣教育自己所帶的學生，“對自己嚴格要求是潘老師的一貫作風。每次我們向基金委、科技部交賬時達到的指標，都會比我們申請時還要好數(shù)倍，特別是量子科學衛(wèi)星最終達到的指標，更是比任務書好了接近10倍，正是因為這樣十多年來才慢慢建立我們的信譽?！?/p>
和掛在嘴邊的“我潘”一樣，陸朝陽也常受邀參加各類會議和科學論壇。在展示給同行的報告PPT中，他會隨性地加上“我的內(nèi)心是崩潰的”、“機智的我早已看穿這一切”這類表情包；面對公眾科普時，開場便“耿直”地引用玻爾的話：“如果誰不對量子物理感到困惑，他就肯定沒有理解它。”
科普內(nèi)容大多重復，會不會覺得乏味？陸朝陽欣然承認之余，淡淡地說，“我們還是要經(jīng)常做，也許無意中就影響了一個少年的一生?！?/p>
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天才的責任
“在科大，給人壓力最大的并不是你知道有人比你優(yōu)秀，而是你每天都要和他們在一起；也不是說你覺得比你優(yōu)秀的人比你更努力，而是你發(fā)現(xiàn)其實他們不太努力的時候還是比你優(yōu)秀?！边@是一位中科大校友在畢業(yè)典禮上講的。提起師兄陳宇翱，陸朝陽引用了這句話，且脫口就是“天才”。
在陸朝陽第一次見到潘建偉的同年，啟東中學高三學生陳宇翱在冰島舉行的第29屆國際中學生物理奧賽中，獲實驗第一、總分第一，填補了中國學生從未在國際物理奧賽中取得過實驗第一的空白，并被授予“絕對冠軍”稱號。他進入中科大參照少年班模式的“零零班”，周轉了幾個研究方向才與潘建偉結緣。
2013年陳宇翱獲得菲涅爾獎時，第一時間告訴潘老師，“感覺他比我還要高興”，在電話中連連道賀，祝愿其“再攀高峰”。潘建偉甚至叮囑過記者，“我希望媒體不要太早關注他，讓他可以潛心學術，獲得更大的發(fā)展?！?/p>
作為“潘之隊”最早的成員之一，陳宇翱在潘建偉指導下和同事們擔當起五光子糾纏實驗平臺搭建的重任。2004年，五光子糾纏的實現(xiàn)，不僅登上《自然》，還同時征服歐洲和美國物理學會年度事件評選，一舉奠定中國在多光子糾纏操縱方面的領先地位，直接改變了國內(nèi)對量子信息領域的重視和投入程度。
自2001年建組以來，量子光學一直是“潘之隊”的傳統(tǒng)優(yōu)勢領域。他們先后四次打破自己保持的多光子糾纏紀錄，始終比國際上許多組都領先至少兩年。然而，即便在做得最好的時候，潘建偉也常懷憂慮，目光早已望向5年、10年乃至15年后。
2003年到2008年間，中科大同意潘建偉的特殊“申請”——赴德國海德堡大學學習量子存儲技術。在他的布局下，一批學生陸續(xù)被推薦到國外各頂尖實驗室：陳宇翱到德國慕尼黑研究超冷原子調控技術，陸朝陽到英國劍橋研究量子點光源技術，張強到斯坦福學習單光子探測技術……光量子和超冷原子，正是潘建偉當時選定的量子模擬兩大重要方向之一，此后為了趕超美國具有先發(fā)優(yōu)勢的超導量子計算方向，站在國家布局高度，他又找到中科院物理所和浙江大學聯(lián)合開發(fā)該方向項目。
今年32歲的徐飛虎，是潘建偉團隊最新引進的“青年千人”，他在麻省理工學院博后時期所做的單光子成像研究，是量子精密測量領域近三四年才起步的前沿技術，這正是潘建偉看中的?！芭死蠋焾F隊的量子通信實驗室在國際上是最好的，沒有之一。平臺可以互補、技術共享，這是最吸引我的?！闭郊用饲?，潘建偉與他聊了數(shù)次，從國家需求戰(zhàn)略角度出發(fā)，5年的目標、10年的目標一一描畫，期望便是成為該領域國際一流的研究組。
“當時，如果我在國外僅掌握一項技術，我覺得回國可能什么都干不成。我說咱們做一個約定，大家把幾個技術全學會，然后在適當?shù)臅r候一起回來，一起合起來做一點別人、別的團隊做不了的事情。”就在去年“未來科學大獎”的頒獎現(xiàn)場，潘建偉在領獎致辭中，還特別感謝了這幾位在座的同事。
陳宇翱至今保存著2009年國慶前夕的一條短信?！坝畎浚艺谌嗣翊髸每础稄团d之路》，感觸良多！甚望你能努力學習提升自己，早日學成歸國為民族復興、科大復興盡力！建偉?！笔盏蕉绦艜r，他正在德國實驗室做實驗，一時真有扔下手里的活回國的沖動。
類似的短信，團隊核心成員都收到了，也都照辦了。“以前覺得民族復興是很高大上的詞，但那一刻，覺得我們做的事是可以和這個事業(yè)直接聯(lián)系起來的，不是旁觀者，而是參與者?！标懗栒f。
當他們一個個回到中科大上海研究院辦公樓，迎面就是大廳墻上銘刻的著名物理學家、中科大近代物理系首任系主任趙忠堯生前的一段話：“回想自己一生，經(jīng)歷過許多坎坷，唯一希望的就是祖國繁榮昌盛、科學發(fā)達，我們已經(jīng)盡了自己的力量，但國家尚未擺脫貧困與落后，尚需當今與后世無私的有為青年再接再厲，繼續(xù)努力?！?/p>
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如夢之夢
“Dream like a poet, think as a physicist, work as an engineer.”量子光學實驗室里貼著的這幅標語，仿佛為“墨子號”量子衛(wèi)星項目度身而作。
陳宇翱 ? ? ? ? 圖/沈煜
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早在2002年，實驗室剛組建不久，潘建偉就有了量子衛(wèi)星的宏偉設想。當時連部分團隊成員也不敢相信，網(wǎng)上多的是“天方夜譚”、“騙局”的質疑。
星地之間大部分路程接近真空，光子的損耗率要比在地面光纖中小得多，理論上將是構建實用化全球量子保密通信網(wǎng)絡最可行的方案。但潘建偉自己在接受外媒采訪時也曾吐露過難處：“我們有時候想，也許我們的項目將會崩潰，從不工作。衛(wèi)星飛得那么快（每秒8公里），并會遇到大氣湍流等問題——如此的單光子光束會受到嚴重影響。此外，我們必須克服來自太陽光、月球和城市光的噪聲，這是比我們的單光子強得多的背景噪音?！?/p>
量子衛(wèi)星糾纏源系統(tǒng)主任設計師印娟從大二就加入團隊，一直在自由空間量子通信小組，她還記得2007年博士畢業(yè)時接受采訪，說到自己的夢想是把“糾纏源”放到天上去做實驗，根本不敢想象只過了10年就把事做成了。
量子衛(wèi)星能夠成功立項，全靠一步步“自我證明”：2005年，合肥大蜀山實現(xiàn)13公里的量子糾纏分發(fā)；2008年，北京八達嶺實現(xiàn)16公里量子隱形傳態(tài)；2011年，青海湖實現(xiàn)了首個超過100公里的量子糾纏分發(fā)。至此，全方位衛(wèi)星技術論證完畢，當年年底，中科院空間科學先導專項將“量子科學實驗衛(wèi)星”正式立項。
“做完100公里，心里就基本踏實了，在這樣的水平下，我們已經(jīng)有一點工程余量抓在手里了，剩下就是衛(wèi)星研制成功率的事情了?！庇【暾f。然而剛開始與工程師的合作充滿碰撞，兩者的思維合不到一塊，“工程是保險零失誤，而我們又有非常多創(chuàng)新、關鍵技術攻關?！痹谟【甑臓幦∠拢龑⒓m纏源的亮度指標提升了4倍，從每秒200萬對光子，做到800萬對，使得實驗所需時間大幅下降，科學目標更容易實現(xiàn)。其他團隊的指標也都普遍上提了很多“余量”，確保設備在天上萬無一失。
2016年8月16日，“墨子號”成功發(fā)射升空。就在衛(wèi)星出廠前，一個激光器被發(fā)現(xiàn)功率下降，團隊成員花了二十多天，沒日沒夜，在總裝車間論證、拆驗、重裝，發(fā)射時間因此不得不推遲一個月。潘建偉后來回憶，衛(wèi)星發(fā)射前，無神論者如他，也緊張到雙手合十，忍不住暗暗祈禱老天保佑。
2017年1月，量子衛(wèi)星三大目標實驗基本順利完成，印娟和五大地面站的同事們都回到上海，度過了“史上最輕松快樂”的春節(jié)。年會上，一首改編版《南山南》唱進所有人心坎，“你在地球的軌道里，自由地飛；我在地面的山頂上，寒風在吹……如果所有地面站連在一起，掃過夜空只為擁抱你，熬過深夜的那一刻晚安?！?/p>
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科學的殿堂
2017年5月，利用自主發(fā)展起來的高性能單光子源，“潘之隊”在國際上率先實現(xiàn)了超越人類歷史上第一臺電子管和晶體管計算機的量子計算原型機。而隔壁實驗室里，一臺約50個量子比特的超導量子計算機有望在三年左右研制出來，它將在特定問題上超越目前最強大的超級計算機，實現(xiàn)“量子稱霸”。實驗室里，制冷機的“滴滴”聲從研究人員耳邊掠過，勻速而平緩，仿佛通向萬籟靜寂的永恒。
張強 ? ? ? ? ?圖/沈煜
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9月，世界上首次洲際量子通信在北京和維也納進行，視頻通過量子衛(wèi)星密鑰分發(fā)進行了加密。潘建偉和塞林格分處兩地的視頻會議現(xiàn)場。
2012年，《Nature》雜志就曾報道，“在量子通信領域，中國用了不到10年的時間，由一個不起眼的國家發(fā)展成為現(xiàn)在的世界勁旅，將領先于歐洲和北美?！倍指裨?017年這樣評價他學生的成果：中國如今在量子保密通信領域的成就，“愛因斯坦一定會對此感到驚訝”，“因為這些量子力學理論，比如量子糾纏，現(xiàn)在已經(jīng)真的進入實際應用，這超出了愛因斯坦的預期?！?/p>
少有人知的是，被《愛因斯坦文集》啟蒙的青年潘建偉，在1992年的本科畢業(yè)論文里，集中研究和總結了量子世界的各種佯謬，內(nèi)心深處站在愛因斯坦一邊，試圖證明“他是對的”。
25年來探索的結果，恰恰相反?！澳犹枴绷孔有l(wèi)星證明了量子理論在千公里水平上的正確性?，F(xiàn)在潘建偉已經(jīng)瞄準地月之間的衛(wèi)星軌道，向非定域性發(fā)起終極檢驗——38萬公里外的月球，光速到達也要約1.3秒，瞬間的量子糾纏態(tài)，愛因斯坦筆下那“幽靈般的超距作用”，是否還有可能？
“從愛因斯坦提出引力波的概念到探測到引力波，用了整整100 年時間。我們希望，同樣是在愛因斯坦提出量子糾纏的概念后的100年內(nèi)，我們將最終實現(xiàn)對量子力學非定域性的終極檢驗?！蹦甑椎膹偷┛萍紕?chuàng)新論壇上，與發(fā)現(xiàn)引力波的三位諾獎得主同臺，潘建偉在學術報告末尾這樣說道。萬一答案是否定的？誰知道呢，或許會是物理學的全新篇章。
這25年里，商務印書館的《愛因斯坦文集》，從淡綠格子條紋封面，再版為橘黃書脊、白封面，潘建偉買來送給弟子們?nèi)耸忠惶兹齼裕瑪[在各自的辦公室書桌上。其中名篇《探索的動機》為慶祝普朗克60歲生日而作，堪稱他們的“科學圣經(jīng)”——
在科學的殿堂里有三種人，一類將科學視為特殊娛樂，從中得到智力的快感，和雄心壯志的滿足；另一類人則純粹是出于功利的目的；而第三類人，渴望得到那些普遍的基本定律，也就是萊布尼茨所說的“先定的和諧”，比起比較愉快和容易達到的目標，它才是無窮的毅力和耐心的源泉。
在無數(shù)場合，潘建偉不斷復述著與他的“偶像”相似的話，并自豪于他的團隊，是少數(shù)中的“最后那類”。
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