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二破世界紀錄,這位浙大博士真的不僅是“躺贏”

發布時間:2020-01-15來源:錢江晚報作者:王湛 梅子儀 邱伊娜 柯溢能193

  宋超略帶靦腆地坐在椅子上,在他的身后,是一個巨大的白色圓柱形設備,四周接滿了各式各樣的電源線路。

  最近,浙江大學公布了新一批竺可楨獎學金得主名單,物理系凝聚態專業博士生宋超便是其中之一,這也是他第二次獲獎。

  竺可楨獎學金是浙江大學為紀念已故校長竺可楨,于1986年設立的校內最高榮譽,每年僅評選12名本科生和12名研究生。

  能高精度操控量子

  猶如打通了穿山隧道

  三年前,正在讀碩士研究生的宋超,便曾憑借多項科研成果第一次獲得竺可楨獎學金。

  2017年,宋超和團隊制備出具有10個超導量子比特的量子芯片,打破了原有的在固態量子器件中生成糾纏態的9量子比特數目的世界紀錄。今年,宋超和團隊將超導量子比特數芯片上的量子比特數推至20。

  那這個量子比特數以及量子比特數推至20到底都是啥意思呢?原來,量子是現代物理中的一個重要概念,一個物理量如果存在最小的不可分割的基本單位,則這個物理量是量子化的,最小的單位稱為量子。簡單來說,量子是一系列微觀粒子的統稱。

  量子系統的各種相關特性是帶有信息的,比如一個或幾個處于糾纏狀態的量子會攜帶若干信息,我們可以對這些信息進行計算、編碼后信息傳輸,而量子比特就是存儲量子信息的基本單元,對應經典計算機中的比特。

  宋超介紹,國外的研究機構曾有過20、50甚至70超導量子比特的芯片的報道,但是這一次他們制備出20超導量子比特芯片的意義在于實現了對量子信息的高精度操控,“因為量子信息非常脆弱,操控它們對于控制噪音和控制精度有著非常高的要求。

  通過量子模擬,研究者能發現更多原子分子的運行規律,進行新藥物和新材料的研發;還能建立模型,對問題進行優化。

  宋超說,問題優化就好像在群山中尋找最低的山谷。從起點出發,傳統計算機若要找到最低的山谷,需要不斷翻山越嶺;而量子模擬則相當于提供了穿山的隧道,有助于更容易地找到最低的山谷。這在最優物流線路設計等實際問題中有所應用。

  而量子計算則能夠幫助人們分析大數分解,在提高信息安全性方面大有作為。

  因研究量子放棄保研和出國

  躺被窩里還在做實驗

  2011年,宋超進入浙江大學,就讀于竺可楨學院和物理學系聯合成立的求是物理班。他對量子的興趣開始于大二。

  大四時,他放棄保研準備出國,但當時他正做畢業設計實驗,希望利用幾何量子相位開發一種新型多量子比特邏輯門。這讓他停下了升學的腳步。

  最終他們實現了當時世界上精度最高的四量子比特邏輯門,成果發表在Nature子刊上。

  “我的導師對我說,‘你留下來,我們在這里可以做出世界一流的成果’。確實,現在我們做到了。”宋超的話語里有感激,也有自豪。

  因此,在做了一年科研助理后,2016年,宋超通過考研再次進入浙大。

  在普通人眼中,量子的世界離日常十分地遙遠。宋超笑著說,每個物理學系的本科生在初入學時,都會經歷三觀的重建,他也不例外。

  宋超說,在微觀世界里,原子和分子都按照量子力學的特有規律運動,而我們所熟知的經典物理定律,比如牛頓力學,是無法應用到微觀的量子世界的。

  “但有意思的是,當微小的原子和分子不斷累積,成為我們平時能看見的宏觀物體,它們所帶有的量子特性就消失了,轉而按照經典物理學的定律運動,這很挑戰人們的三觀,仿佛微觀世界與宏觀世界脫鉤了。”宋超說。“這就是量子力學有意思的地方,它與經典物理學之間的矛盾,讓二者格格不入。”

  最近幾年,實驗室逐漸實現了自動化,通過電腦就可以操控實驗設備,測量實驗數據。“我放假在家,躺在被窩里,還可以看著電腦,就可以操作實驗儀器了。”宋超笑著說。

  宋超打了個比方,“我們用電腦操控實驗設備,就像一些人愛玩電腦游戲,唯一的區別在于,游戲里的場景和畫面會出現在屏幕上,而對于我們來說,看到電腦上的實驗數據,就能直接腦補量子運動、糾纏的神奇畫面。”

  “研究中確實會出現很麻煩的情況,但當你靜下心來去探究,可能就會有意外的收獲。”宋超認為,普通人能夠了解到量子的存在就已足夠。“而對于研究者來說,我們希望有進一步的研究成果,推進量子模擬和量子計算,更好地為一些基礎科研領域服務。”


《錢江晚報》2020年1月13日10版


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