南京大學於揚:量子物理究竟藏了哪些秘密?

 

　　人物介紹

　　於揚，1968年出生，1990年畢業於南京大學物理系，獲得理學學士學位。1997年赴美國堪薩斯大學物理與天文系攻讀博士學位，主要開展超導量子比特的研究，2002年獲得博士學位。2002年到2005年在麻省理工學院電子實驗室（RLE）作為博士後繼續從事超導量子比特的研究。2005年受聘教育部「長江學者獎勵計劃」特聘教授回國任南京大學物理系教授，博士生導師，2007年獲得國家傑出青年科學基金。已在國際著名物理期刊發表論文40多篇。主持多項省部級科研項目，其中有科技部《重大科學研究計劃》、國家自然科學基金重大研究計劃、江蘇省攀登計劃等。

　　於揚長期開展超導量子比特的實驗研究，是國際上最早開展超導量子比特實驗研究的成員之一。

　　「如果說數學是仰望星空，那物理學就直接關聯到我們生活之中，能夠給我們的日常生活帶來很大的進步。」提到物理學，於揚教授這樣說。

　　成為一名科學家是於揚一直以來的夢想，中學時期的他曾看到陳景潤對哥德巴赫猜想的報告文學，從此確定了做科學研究、走上科研道路的信念。高中得到任課老師認可的鼓勵，更加堅定了於揚學習物理的想法。高考過後，於揚報考南京大學，第一志願就是物理，從此在這裡追尋著物理世界的樂趣。畢業後，從事了兩年工作的他並沒有放下科研理想，懷揣著對科研工作的熱愛，於揚離開了重複的工廠工作，毅然回到了科研事業。

　　「我想物理世界是一個非常有意思的世界，而且很難想像我們作為人類，對這個世界無窮無盡的有新東西，我們越往前走越覺得人類知道的太少了。我更希望過的生活是有創新的生活，就是每天可能有新的東西、不同的東西，就像我們搞研究，每天可能發現新的東西。」

　　早在1997年於揚前往美國攻讀博士學位時，就開展了量子退相干領域的研究。在不懈的探索和努力之下，成功觀測到了約瑟夫森節中的量子相干振蕩，不僅證實了量子力學可以運用於宏觀變量，而且開創了運用超導器件實現量子計算機的廣闊前景。這項結果被發表在2002年5月的國際頂級雜誌《科學》（《Science》）上，邁出了人類控制宏觀量子系統的關鍵一步，也使得國際超導量子計算的研究進入爆發期。

　　作為國際上最早開展超導量子比特實驗研究的成員之一，於揚教授二十年如一日，不斷的開拓量子物理的世界 。量子是什麼，大概是每個人聽到這個詞的第一反應。客觀來說，量子是物質的最小不可分割單位，是一門劃時代的基礎科學。其實，量子力學每天都在我們的身邊主導世界的運行。 量子力學更像是微觀的規律，是物理發展的一個方向，如果量子計算機問世，人類社會就可能由電子時代進入到量子時代。

　　2016年8月16日，中國發射了世界第一個「墨子號」量子科學實驗衛星，量子世界不再遙不可及。如今，伴隨著量子力學、量子計算的進一步研究發展，一個新時代的大門正在緩緩開啟。於揚教授告訴我們，量子世界是一個新的世界，和我們的經典世界完全不一樣。我們的經典世界是三維世界，量子世界是無窮維世界，這樣一來我們的儲存、計算速度，都可以說會無窮的增長。舉例來說，如今世界最快的經典計算機，如果要分解一個一百位的數，大概需要10年左右的時間。但如果使用量子計算機，也許僅需1分鐘就可以把一百位的數，分解成兩個數的乘積。如此一來，密碼破譯、數據保護和大數據分析系統，在量子時代都將迎來新的局面。在大數據領域，量子計算機的應用也將會是革命性的變革。此外，在材料、製藥等諸多需要大量計算的領域，都有量子計算的用武之地。

　　雖然量子計算應用前景無限，但其依然是一個很難的領域，想要讓量子計算機走入日常生活仍然困難重重。於揚教授說：「量子世界非常脆弱，會受到外界的幹擾，而我們是在觀察它，控制它。」 目前微加工是我國的短板，於揚團隊投入了巨大精力進行技術補足。另一難題就是低溫測量，實現零下273度的溫度在技術層面相對困難。此外，實現量子計算機還需要理論上的相關突破，量子計算的前路依然困難重重。

　　縱觀當下，超導量子計算研究已經成為一項國際前沿熱點，也是眾多國家和國際大公司激烈競爭的領域。從IBM、谷歌、英特爾到國內的百度、阿里巴巴、騰訊都在加大該領域研發與商用探索的力度。量子領域所扮演的角色越發重要，也亟待科學家們新的研究成果問世。

　　於揚教授說：「單憑某一個人或者某一個課題組的力量的話，可能還是不太容易，我們需要整合整個國家的資源，或者有更多的研究人員能夠加入進來才行。在量子這樣一個新的領域，我們國家和國外同時進入，至少在國際上具有平等的話語權。我們經常說科學技術是第一生產力，科技含量是一個國家要向持續發展必須要解決的問題，而南京正是抓住了這個機遇，學校也正好鼓勵我們建立這種「產學研」新型研發機構，量子計算正處於萌芽期，正好是很多因素的結合，我覺得是一個很好的機會，對於南京今後的發展具有很大的幫助，以後的產出是意想不到的」。