在向“世界一流量子物理实验室”目标冲击过程中，潘建伟身兼数职。2001～2003年，在组织科研队伍、开展实验室建设的同时，他还在维也纳大学从事多光子纠缠方面的合作研究，保持与国际同行的密切交流。
由于掌握了国际一流技术，并得到国家的大力支持，潘建伟国内研究组的成果出得很快。仅2003年一年，发表在《物理评论快报》上的论文就有7篇。2004年，在国际上首次实现五光子纠缠和终端开放的量子态隐形传输，这一成果在当年入选欧洲物理学会和美国物理学会评选出的年度国际物理学重大进展，这对中国科学家来说是第一次。
“這表明，国内研究组在量子纠缠方面的工作已经成功跃居国际领先水平。”潘建伟说。
在国家发改委的支持下，中科院2013年联合相关部门启动了千公里光纤量子通信骨干网工程“京沪干线”项目。今年美国航空航天局也宣布，要在纽约与洛杉矶之间建量子干线，还计划将建立一条总长超过1万公里的环美国量子通信网络。
“我们的研究居然走在美国前面，终于让大家都对我们有信心了。”潘建伟说。其实，早在2011年底，中科院就启动了空间科学战略性先导科技专项，计划在2016年左右发射世界上第一颗量子科学实验卫星，实现全球化广域量子通信。
当潘建伟回想起当年与塞林格教授关于梦想的问答，他深刻体会到，如今在中国国内已然拥有了比国外更广阔的事业发展空间。他说：“中华民族伟大复兴的梦想早已不再遥不可及，而我们就是实现这个梦想的参与者和见证者。这是多么让人骄傲啊！”