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2020-01-13 10:23:45     华夏经纬网

  浙江在线1月13日讯宋超略带腼腆地坐在椅子上,在他的身后,是一个巨大的白色圆柱形设备,四周接满了各式各样的电源线路。

  最近,浙江大学公布了新一批竺可桢奖学金得主名单,物理系凝聚态专业博士生宋超便是其中之一,这也是他第二次获奖。

  竺可桢奖学金是浙江大学为纪念已故校长竺可桢,于1986年设立的校内最高荣誉,每年仅评选12名本科生和12名研究生。

  能高精度操控量子

  犹如打通了穿山隧道

  三年前,正在读硕士研究生的宋超,便曾凭借多项科研成果第一次获得竺可桢奖学金。

  2017年,宋超和团队制备出具有10个超导量子比特的量子芯片,打破了原有的在固态量子器件中生成纠缠态的9量子比特数目的世界纪录。今年,宋超和团队将超导量子比特数芯片上的量子比特数推至20。

  那这个量子比特数以及量子比特数推至20到底都是啥意思呢?原来,量子是现代物理中的一个重要概念,一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位,则这个物理量是量子化的,最小的单位称为量子。简单来说,量子是一系列微观粒子的统称。

  量子系统的各种相关特性是带有信息的,比如一个或几个处于纠缠状态的量子会携带若干信息,我们可以对这些信息进行计算、编码后信息传输,而量子比特就是存储量子信息的基本单元,对应经典计算机中的比特。

  宋超介绍,国外的研究机构曾有过20、50甚至70超导量子比特的芯片的报道,但是这一次他们制备出20超导量子比特芯片的意义在于实现了对量子信息的高精度操控,“因为量子信息非常脆弱,操控它们对于控制噪音和控制精度有着非常高的要求。

  通过量子模拟,研究者能发现更多原子分子的运行规律,进行新药物和新材料的研发;还能建立模型,对问题进行优化。

  宋超说,问题优化就好像在群山中寻找最低的山谷。从起点出发,传统计算机若要找到最低的山谷,需要不断翻山越岭;而量子模拟则相当于提供了穿山的隧道,有助于更容易地找到最低的山谷。这在最优物流线路设计等实际问题中有所应用。

  而量子计算则能够帮助人们分析大数分解,在提高信息安全性方面大有作为。

  因研究量子放弃保研和出国

  躺被窝里还在做实验

  2011年,宋超进入浙江大学,就读于竺可桢学院和物理学系联合成立的求是物理班。他对量子的兴趣开始于大二。

  大四时,他放弃保研准备出国,但当时他正做毕业设计实验,希望利用几何量子相位开发一种新型多量子比特逻辑门。这让他停下了升学的脚步。

  最终他们实现了当时世界上精度最高的四量子比特逻辑门,成果发表在Nature子刊上。

  “我的导师对我说,‘你留下来,我们在这里可以做出世界一流的成果’。确实,现在我们做到了。”宋超的话语里有感激,也有自豪。

  因此,在做了一年科研助理后,2016年,宋超通过考研再次进入浙大。

  在普通人眼中,量子的世界离日常十分地遥远。宋超笑着说,每个物理学系的本科生在初入学时,都会经历三观的重建,他也不例外。

  宋超说,在微观世界里,原子和分子都按照量子力学的特有规律运动,而我们所熟知的经典物理定律,比如牛顿力学,是无法应用到微观的量子世界的。

  “但有意思的是,当微小的原子和分子不断累积,成为我们平时能看见的宏观物体,它们所带有的量子特性就消失了,转而按照经典物理学的定律运动,这很挑战人们的三观,仿佛微观世界与宏观世界脱钩了。”宋超说。“这就是量子力学有意思的地方,它与经典物理学之间的矛盾,让二者格格不入。”

  最近几年,实验室逐渐实现了自动化,通过电脑就可以操控实验设备,测量实验数据。“我放假在家,躺在被窝里,还可以看着电脑,就可以操作实验仪器了。”宋超笑着说。

  宋超打了个比方,“我们用电脑操控实验设备,就像一些人爱玩电脑游戏,唯一的区别在于,游戏里的场景和画面会出现在屏幕上,而对于我们来说,看到电脑上的实验数据,就能直接脑补量子运动、纠缠的神奇画面。”

  “研究中确实会出现很麻烦的情况,但当你静下心来去探究,可能就会有意外的收获。”宋超认为,普通人能够了解到量子的存在就已足够。“而对于研究者来说,我们希望有进一步的研究成果,推进量子模拟和量子计算,更好地为一些基础科研领域服务。”

  来源: 浙江在线 记者 王湛 通讯员 梅子仪 邱伊娜 柯溢能

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