摘要：諾貝爾獎獲得者Frank Wilczek評價這項工作時說: 張首晟與團隊設計了全新的體系，並在實驗中清晰地測量到馬約拉那費米子，這真是一項裡程碑的工作。
由4位華人科學家領銜的科研團隊終於找到了正反同體的「天使粒子」——馬約拉那費米子，從而結束了國際物理學界對這一神秘粒子長達80年的漫長追尋。相關論文發表在今天出版的《科學》雜誌上。該成果由加利福尼亞大學洛杉磯分校王康隆課題組和美國史丹福大學教授張首晟課題組、上海科技大學寇煦豐課題組等多個團隊共同完成，通訊作者為何慶林、寇煦豐、張首晟、王康隆，均為華人科學家。
困擾了物理學界80年的難題
國際同行指出：發現馬約拉那費米子是繼發現「上帝」粒子(希格斯波色子)、中微子、引力子之後的又一裡程碑發現，不僅具有重大的理論意義，而且具有重要的潛在應用價值：讓量子計算成為現實。
張首晟將這一新發現的手性馬約拉那費米子命名為「天使粒子」，這個名字來源於丹‧布朗的小說及其電影《天使與魔鬼》。「這部作品描述了正反粒子湮滅爆炸的場景。過去我們認為有粒子必有其反粒子，正如有天使必有魔鬼。但今天，我們找到了一個沒有反粒子的粒子，一個只有天使，沒有魔鬼的完美世界。」張首晟說。
物理學重大突破天使粒子讓正反對立的世界觀從此改變 7月21日凌晨，張首晟及其團隊在美國科學雜誌上發表了一項重大發現：在整個物理學界歷經80年的探索之後，他們終於發現了手性Majorana費米子的存在。
這一發現，驗證了由義大利理論物理學家Ettore Majorana在80年前提出的預測——存在一類沒有反粒子的粒子。同時也證明了存在一種比量子還小的單位，這將對現在的量子理論帶來巨大的改變。
張首晟將這一新發現稱為「天使粒子」。普通群眾可能暫時難以理解這一發現，但是對基礎物理界來說，這或將開啟一個新的時代
80年漫長的尋
1928年，英國理論物理學家保羅·狄拉克（Paul Adrie Maurice Dirac）提出了著名的狄拉克方程式。這一發現，從理念上預言了正電子的存在，狄拉克提出：宇宙中每一個基本粒子必然有相對應的反粒子。
狄拉克和刻在他墓碑上的方程
1932年，美國物理學家安德森在研究宇宙射線時，無意間發現了狄拉克預言的正電子。從此以後，宇宙中有粒子必有其反粒子被認為是永恆不變的真理。
目前，正電子也被廣泛應用到人類生活之中，醫學影像技術PET(Positron Emission Tomography, 正電子發射斷層掃描) 就是其中之一。
張首晟表示：「根據以往的認知，我們似乎生活在一個充滿正反對立的世界。比如有正數必有負數，有存款必有負債，有陰必有陽，有善必有惡，有天使必有惡魔。」
但是，在1937年，也就是整整80年前，Ettore Majorana做出這樣一個大膽的猜測：會不會有一類沒有反粒子的粒子，或者說它們自身就是自己的反粒子。這個粒子被後來的物理學界稱之為Majorana費米子，並和希格斯波色子、引力子、磁單極、暗物質等一起被視為人類最為夢寐以求的神秘粒子。
EttoreMajorana
從那開始，尋找這一神奇粒子也就成了物理學中許多領域研究工作的崇高目標。
在物理學裡，存在兩大分支，分別是粒子物理和凝聚態物理。
在粒子物理中，標準模型範疇外的中微子被認為最可能是Majorana費米子，而且這一猜測是有可能被「無中微子的beta雙衰變」實驗所驗證。但這項實驗所要求的精度在今後的10年到20年以內都難以達到。
而在張首晟所研究的凝聚態物理中，Majorana費米子有可能作為某些新奇量子基態上的準粒子或元激發而存在。
量子計算機實現可期加速人工智慧發展
「天使粒子帶來的量子計算時代，讓我充滿興奮和期待」
一個量子比特的信息非常難以存儲，微弱的環境噪聲就能毀滅其量子特性。因此，量子計算機往往被視為可望不可即的空想。
「通常情況下，量子比特只能放在一個傳統粒子內儲存，容易被幹擾。但如今，天使粒子的發現提供了一種絕妙的可能性：一個量子比特能夠被拆成兩半，存儲在兩個距離十分遙遠的馬約拉那費米子上。」
張首晟說，如此一來，傳統的噪聲很難同時以同樣的方式影響這兩個馬約拉那費米子、進而毀滅所存儲的量子信息。「相較於傳統的存儲方式，基於天使粒子的存儲方式極其穩固。」
找到天使粒子有什麼現實意義？張首晟指出，從基本科學發現到技術應用往往需要多年時間，但天使粒子的發現意味著量子計算已成為可能。
張首晟解釋說，量子世界本質上是平行的，一個量子粒子能夠同時穿過兩個狹縫。因此，量子計算機能夠進行高度並行的計算，遠比經典計算機有效。以算術問題為例，如果給出一個很大的數字，問這個數字能否拆成兩個數字的乘積，那麼經典計算機只能用窮舉法逐一嘗試整除計算，而量子計算機可以在一瞬間同時完成所有可能項的測算。
人工智慧的能力來源大數據，人工智慧核心資源是計算能力，只有在強大的計算能力支撐下，才能使對大數據的處理速度達到實現人工智慧的水平。
多面科學家張首晟對人工智慧的理解
就在前不久，第一財經主持人王蘊媞就專訪了張首晟教授，在量子計算、人工智慧和自動駕駛等方面進行了探討。
雖然在VC投資上也做得風生水起，但直到現在，張首晟最看重的，還是他作為科學家的這一面。「作為科學家，你可以跟大自然對話，衝在最前面，第一個去發現一些前沿科技，比如量子效應。」張首晟這樣解釋作為科學家的樂趣。2007年，他所發現的「量子自旋霍爾效應」被《科學》雜誌評為當年的「全球十大重要科學突破」之一。而基於他對拓撲絕緣體和量子自旋霍爾效應的開創性研究，張首晟包攬了物理界幾乎所有重量級獎項，包括歐洲物理獎、美國物理學會巴克萊獎、國際理論物理學中心狄拉克獎等，他也成為了諾貝爾物理學獎的「種子選手」。同時，張首晟還有一個身份是風險投資人，他的投資公司在創立的半年之後，就將資金規模從兩千萬美元擴展到近一億美元，迅速成為了矽谷成長最快的風投公司之一。
對於人工智慧的發展，在採訪中張首晟做了一個比喻：「比如說人類看到鳥飛的時候，就覺得非常的神奇，我們也想學鳥飛，一開始想飛的辦法就是模仿，也是一種仿生學，就是我們在手臂上綁兩個翅膀，想著自己能飛起來，這是一個簡單的仿生。」但是當我們真正理解了飛行的科學原理，就是物理學的一個最根本的流體力學，一旦有了流體力學的理論基礎的理解，我們便可以設計出來飛機，它是飛得遠遠比鳥好，但它並不一定像鳥，所以這個飛機的出現的真正原因，在於我們對理論基礎的理解，從而推動了它的發展，並不是簡單的仿生。
在這個意義下，他覺得人工智慧現在還處在一個比較簡單的仿生的階段，還是用一個神經元簡單地在模仿一個大腦。而他認為人工智慧下一步的發展，就像從看到鳥飛變成飛機。「在理論的基礎上，未來我們會徹底理解智能的理論基礎是什麼，一旦理解之後，我們就能夠做出一些非常神奇的新的技術。」張首晟這樣闡述對於人工智慧未來的展望。
對於在無人駕駛領域的先行者谷歌，張首晟並不贊同谷歌的技術路線。
因為他認為按照谷歌的這個思路，發展自動駕駛需要一個高清的三維地圖，一個雷射雷達。但其實完全沒有必要的，支持這個觀點的依據是人類駕駛的原理，人開車的時候不需要高性的三維地圖，人的腦子上也不會發出雷射雷達。所以作為投資人，張首晟投資了一家做自動駕駛的公司，是一個普林斯頓大學教授的研發團隊，用一個普通的設備裝在車上，不需要雷射雷達和三維地圖就可以實現無人駕駛。張首晟認為，發展無人駕駛的技術路線一定要有可擴展性，因為雷射雷達和高清三維地圖都是不可擴展的，人不需要這些就可以實現駕駛，所以原則上計算機視覺達到一定程度以後，就可以實現真正的無人駕駛。
而這個〝計算機視覺〞的人工智慧在〝天使粒子〞發現後，這項量子物理學的重大突破，讓人工智慧的運算方式有了重大突破的可能性，讓這一切未來的可能性就越來越高了！
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陳振平老師
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