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在中国科大的实验室里,一束微弱的黄光透过玻璃窗,映照着一位专注工作的身影。这是中国科学技术大学的陆朝阳教授,一个平凡的下午,他正在审视最新一轮量子计算实验测试的数据。几块写满符号的白板和持续运转的激光器,是他追逐量子梦想的无声见证者。
陆朝阳的名字,从一开始出现在公众视野里,就和量子物理联系在一起。30岁出头,被《自然》杂志赞誉为“推进中国掌握量子信息技术的一颗新星”,和陈吉宁、王贻芳、付巧妹等一起评为“中国十大科学之星”,被诺贝尔奖得主塞林格称为“量子鬼才”。从量子纠缠到隐形传态,从半导体单光子源到九章量子计算原型机,他在物理学研究领域里取得的卓越成就,多次夺得量子光学和计算领域的国际青年科学家最高奖,不断在国际舞台上发出来自中国的最强音符。
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少年试剑露锋芒
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"我出生在浙江东阳的一个小山村,那时候谁能想到有朝一日会走上量子物理这条路呢?"回忆起求学经历,陆朝阳脸上露出温暖的笑容。1982年出生的他,从小就展现出非凡的天赋。在东阳中学读书时,他不仅担任实验班班长,还获得了王惕吾一等奖学金和严济慈奖学金。
在硕士阶段,他就完成了具有重大突破性的研究工作——首次实验实现了六子光纠缠“薛定谔猫态”与“簇态”,还发展了新的理论判据,这都是全球首次。这项实验成果获得了当年的大满贯:两院院士评选的中国十大科技进展新闻、科技部评选的中国基础研究十大新闻、以及教育部评选的中国高校十大科技进展。此时的陆朝阳仅24岁,正处于科研无限可能的年华。
回忆当初,“现在看来,这些工作都比较简单。”陆朝阳说,“可它们让我体验了什么是科研——从未知开始摸索,发现问题并攻克它。更重要的是,在老师的高要求下,我确信:不要做短平快的事情,要做需要非常努力跳起来才够得着的科研,并坚持做到极致。”
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康桥难留家国情
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2008年,剑桥大学的卡文迪许实验室向陆朝阳抛来了橄榄枝,为陆朝阳提供了全额奖学金,与此同时,英国政府也为他提供了奖学金。陆朝阳仅用三年时间就拿到了博士学位。
博士期间,陆朝阳在卡文迪许实验室进行量子研究,作为第一作者,在国际上首次观测到单电子自旋的实时量子跃迁和非破坏性测量,为固态量子计算解决了一个基础性难题,这项研究成果也发表在了2010年的《自然》上。
博士毕业,该如何选择下一步?陆朝阳没有同龄人的纠结,心中早有结论。他的手机里一直都保存着一条来自导师的短信:“希望你们努力学习,早日归来,为中华民族复兴做贡献。”这条短信,他也记在了心里,回国的决心越来越强烈。博士毕业的同时,他还入选了剑桥大学丘吉尔学院的Fellow,这是在欧美获得稳定教职的敲门砖。
然而,美丽的康桥没能留住他。他第一时间选择了回国,希望补上中国在半导体量子技术方面的短板。2011年,他成为了中国科大最年轻的正教授,带着从剑桥学到的新技术,开始搭建了半导体量子光源和量子计算实验室。4年后,获得了国家自然科学基金委杰青项目资助。
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"九章":书写中国量子传奇
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2015年12月11日,英国物理学会新闻网站《物理世界》揭晓年度国际物理学十大突破,中国科大的首次实现量子隐形传送一个基本粒子的两个内秉属性的工作入选,并位列榜首。这是在中国本土完成的工作第一次获此殊荣。
完成这个工作后,陆朝阳带着小伙伴们希望攻克费曼提出量子计算概念以来,整个领域40多年都面临的一个难题:真正在技术上造出量子计算原型机,对特定问题的求解实现超级计算机无法比拟的算力。这个历史性里程碑目标被称为“量子计算优越性”,是国际激烈角逐的焦点。
在国际上,强敌如云。谷歌砸下10亿美元,联合加州大学组建了200人的大团队。面对这一强敌,陆朝阳和主要由90后、95后组成的七八个小伙伴们,利用不到谷歌1%的经费,完成了从理论创新到关键技术的攻关,最终成功研制了“九章光量子计算原型机”,在世界上首次用光子实现了“量子计算优越性”,在量子计算早期发展中留下了历史性的一笔。
这个国家重大任务的完成,标志着我国首次达到量子计算早期发展阶段具有历史性意义的“量子计算优越性”里程碑。《自然》评论:“中国物理学家挑战了谷歌的量子霸权”。诺贝尔奖获得者Zeilinger评价:“这个成果极其重要”,美国麻省理工学院教授Englund盛赞“这是一项了不起的成就、一个划时代的成果”。加拿大卡尔加里量子科学和技术研究所所长Sanders说,“这是一项杰出的工作,改变了当前的格局”。
美国麻省理工学院教授、量子计算奠基人之一、狄拉克奖章和科学突破奖获得者Shor更是激动地在推特赋诗一首,专门庆祝“九章”的问世。“九章”被联合国教科文组织2021年创新峰会列为“将会对数字社会具有深远潜力和持续影响的十大创新”。
“九章”还入藏了国家博物馆,入选了两院院士评选的中国十大科技进展、“十三五”成就展、国际物理学年度十大进展等国内外多项荣誉。美国智库兰德公司(RAND)在《中美量子技术产业评估》中,更是直接指出,中国在光量子计算领域是明显的世界领导者。
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科学精神的传承者
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完成这一系列工作的同时,年轻的研究生们也迅速成长起来。陆朝阳不仅自己在2017年被授予中国优秀青年的最高荣誉“中国青年五四奖章”,2021年再次带领研究生团队获得“中国青年五四奖章集体”。由于原创科研成果的不断涌现,陆朝阳先后获得了国家自然科学一等奖(2015)、中国物理学会黄昆奖(2019)、首届探索奖(2019)、全球华人物理与天文学会亚洲成就奖(2022)、首届新基石研究员(2023)等荣誉。
基础科研不是自娱自乐,需要在世界舞台上获得认可。在国际上,他由于“确立了亚洲在全球量子信息科学领域的领导地位做出了重大贡献”,因而获得2019年的仁科芳雄亚洲奖。由于“在光量子信息科学,特别是半导体量子光源、量子隐形传态和光量子计算方面的杰出贡献”,因而在2020年获得了光学领域国际青年科学家最高奖:美国光学学会的“阿道夫隆奖章”,这也是该奖设立80年以来中国科学家首次获奖。
2021年,由于在光量子计算方面的突破性成果,他再次获得量子计算领域国际青年科学家最高奖:美国物理学会“兰道尔-本内特量子计算奖”,也是我国科学家首次获奖。2022年,他又是首位入选CLEO高登讲席的中国科学家,第四次建立了首次获奖的记录。
除了科研工作,陆朝阳还担任着多个重要职务,积极投身科普事业。他已经为全国各地做了150多场量子物理和量子技术的科普报告,累计观看人次达到千万级别。"科学不应该是少数人的专利,"他说,"我希望能让更多人了解量子科技的魅力。"
今年,陆朝阳又担任了世界青年科学家联合会首任理事长和世界青年科学家峰会学术委员会主席,致力于搭建一个多元化的科研社区,通过汇聚来自不同国家和背景的青年科学家,共同激发创新的思维,解决全球共性挑战。
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理性看待量子计算的未来
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"量子计算正在成为新一轮科技革命和产业变革的突破口之一。"谈到量子计算的发展前景,陆朝阳表现得既充满信心又格外谨慎。"目前量子计算可能正处于和人工智能相似的发展曲线上。要避免出现'量子寒冬',我们必须采取稳步发展的策略。"
他解释道,量子计算的发展可以分为几个阶段:从最初的原理演示,到实现量子优越性,再到探索近期内具有实用价值的小规模量子计算。"通用量子计算机可能需要上千万量子比特,离实现可能还需要15~20年。过高的期望会产生泡沫,我们需要脚踏实地,一步一步来。"
"量子信息时代给了中国一个重新洗牌、弯道超车的机会。"陆朝阳说,"我们已经在量子信息这个新领域取得了领先地位,但前方的路还很长。"在这位"量子鬼才"的眼中,我们看到的不仅是一个科学家的成就,更是一个追光者的梦想与坚持。
从浙江山村到世界科技舞台,从六光子纠缠到"九章"横空出世,陆朝阳用自己的方式诠释着中国科技工作者的担当与追求。在量子科技的广阔天地里,这位追光者正带领着他的团队,继续书写着属于中国的量子传奇。
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