【威寧每日新聞】陸朝陽:量子領域一顆冉冉升起的新星

2021-01-12 中國科大新聞網

高榮偉

作為量子信息領域的明星科學家,有「量子巫師」美名的中國科學技術大學教授陸朝陽,再一次獲得世界的矚目:10月7日,美國物理學會(APS)宣布,授予中國科學技術大學陸朝陽教授2021年度「蘭道爾—本內特量子計算獎」。

陸朝陽的名字,從一開始出現在公眾視野裡邊,就和量子物理聯繫在一起。30歲剛出頭,他在物理學界已經名聲赫赫,以量子糾纏研究聞名,在光子糾纏方向一而再、再而三地打破世界紀錄。陸朝陽,正如其名,在物理學研究領域裡取得的卓越成就,就像一輪冉冉升起的旭日,煥發出炫目的光彩。

陸朝陽出生於1982年12月,是浙江東陽市畫水鎮人。他自幼聰穎好學,1997年從畫水鎮中考入東陽中學。在東中期間曾擔任實驗班班長,獲得過王惕吾一等獎學金和嚴濟慈獎學金。

東陽中學素以理科教育見長,幾任校長都是物理老師出身。對資優學生,東陽中學特別注重培養學生學習的興趣和鍥而不捨的精神。或許,這樣的環境為日後成就一代有「量子鬼才」之稱的物理學家提供了肥沃的土壤。

來自農家的學生陸朝陽,在東陽中學愛上了物理學。「你能通過幾行簡單的公式理解世間萬物是如何運作的。」這是在東中的少年陸朝陽最初感受到的物理學的魅力。然而,任誰也沒有想到的是,在這所中學裡,一位普普通通的農家子弟,一名熱愛物理學科的高中生,10幾年後迅速崛起,成為一位在全球物理學領域卓有成就的科學家。

2000年,陸朝陽考入中國科技大學物理系。成績優秀的他,在本科畢業後原計劃被保送到微電子專業讀研究生。然而,一次偶然的同鄉聚會,改變了他的專攻方向,並由此進入一個全新的領域。

那是2003年的秋天,中科大又迎來一批新生。按照慣例,在校的東陽籍學兄學姐要請大一新生聚一聚,幫助小老鄉儘快熟悉適應大學生活。與往年不同的是,剛從國外回來的潘建偉教授也受邀參加了聚會。

潘建偉,何許人也?說起來,潘建偉還是陸朝陽的同門師兄,且二人都是浙江東陽籍人。不過,此時的潘建偉已經小有名氣,尤其是在量子物理和量子信息研究方面成績斐然。1992年畢業於中國科學技術大學近代物理系的他,3年後獲該校理論物理碩士學位,1999年在奧地利維也納大學深造並獲取博士學位。

老鄉聚會過程中,從學術科研、國家時事,小到生活起居,這位親切隨和的大師兄和師弟師妹們聊得非常融洽。

「和潘老師交談以後,我就修改了志願。」陸朝陽回憶說。受到潘建偉一番話語的啟迪,原本要保送中科大微電子專業研究生的陸朝陽修改了自己的志願,研究起了量子物理。2004年本科畢業之後,陸朝陽被保送至合肥微尺度物質科學國家實驗室量子物理和量子信息研究部,開展光子糾纏和量子計算方面的研究。在這裡,他的導師正是同門師兄潘建偉。新聞媒體是這樣評價潘建偉教授的:「他長期從事量子光學、量子信息和量子力學基礎問題檢驗等方面的研究,對量子通信等研究有創新性貢獻,是該領域的國際著名學者。」

潘建偉管理下的量子物理和量子信息實驗室在科研水準方面一直瞄準國際一流研究機構,雖然這裡要求極其嚴格,然而學術氛圍卻自由寬鬆。得益於這樣一個科研環境,陸朝陽如魚得水,他很快在理論、實驗設計和動手能力等方面脫穎而出。2005年,還是一年級碩士生的陸朝陽接受了一項重要的任務:把光學平臺從科大西區搬遷到東區微尺度國家實驗室,重建實驗平臺,並且升級到具備操縱六光子糾纏的能力。為了完成這項任務,他犧牲了幾乎所有節假日。通過近兩年的努力,24歲的陸朝陽終於交出了一份漂亮的答卷:刷新了兩項關於光量子糾纏的世界紀錄——通過實驗實現了六子光糾纏「薛丁格的貓」態與簇態,這也是全球首次。八光子糾纏也在此後被陸朝陽打破。這個工作成果發表在2007年2月的《自然·物理學》上,入選兩院院士評選的2007年中國科技十大進展新聞。之後,他又帶領多光子團隊完成了容失量子編碼、任意子量子模擬等實驗,同時他輔助導師潘建偉指導學生,設計了十量子比特超糾纏態等一系列後續實驗。此時的陸朝陽,已經成為潘建偉最得力的科研助手之一。

陸朝陽完成碩士階段的研究後,潘建偉為了讓他獲得更好的發展,主動推薦他到英國劍橋大學深造。牛津劍橋一直以來作為英國的頂尖學校而揚名全球,同時劍橋大學也一直是陸朝陽孜孜以求的學術殿堂。初中時代他就讀過徐志摩的那首《再別康橋》,在他的內心深處,對於劍橋一直有著深深的眷戀和情感羈絆。

2008年,他的夙願得以實現。陸朝陽如願獲得英國海外研究獎、劍橋海外基金等提供的全額獎學金,進入英國劍橋大學卡文迪許實驗室。在這裡他轉向一個新的研究領域:基於半導體量子點的固態體系量子調控技術。陸朝陽珍惜在劍橋的一分一秒,在不到3年的時間裡,他和他的新同事在新領域取得了一系列重要的實驗突破,包括首次獲得量子點的共振螢光、觀測單電子自旋馳豫和量子躍遷,發表了一系列高水平的論文。這其中,特別值得一提的是,他們在國際上首次實現了對量子點電子自旋態的非破壞性讀取,相關論文2010年發表在《自然》上,陸朝陽也因此被哈佛大學同行評價為「基於固態體系量子信息處理的一個重大突破」。

2011年初,陸朝陽順利獲得劍橋大學物理學博士學位。在潘建偉的鼓勵和召喚下,博士答辯一結束,他就回到了自己的祖國。剛下飛機,陸朝陽就直接趕往潘建偉的團隊報到。陸朝陽與潘建偉,這兩位在全球量子技術研究領域的頂尖高手一經再次聯手,就迅速迸發出耀眼的火花。在恩師的精心指導下,作為青年才俊的陸朝陽,近些年來連續不斷地在量子信息技術領域做出重大突破。據統計,目前,他已經在英國《自然》、美國《國家科學院院刊》和《近代物理評論》等頂級國際學術期刊上發表了20多篇論文。

毫無疑問,陸朝陽是中國正在大力發展的量子信息技術領域一顆冉冉升起的新星。2011年,他破格入選首批中組部「青年千人計劃」,2012年入選國家自然科學基金優秀青年項目,2014年獲得「求是傑出青年學者獎」。2016年6月21日,陸朝陽被《自然》雜誌發表的《Science stars of China》一篇新聞特寫列為「中國十大科學之星」之一。在該文中,他被譽作「量子鬼才」。有言道,不瘋魔不成活。天賦+熱愛,這或許就是陸朝陽成功的原因。

2017年6月,歐洲物理學會宣布,授予陸朝陽2017年度菲涅爾獎。去年12月,日本仁科紀念基金會宣布,將2019年度「仁科芳雄亞洲獎」授予陸朝陽,以表彰他在「基於單光子的量子信息科學方面的傑出貢獻」。當地時間10月7日,美國物理學會(APS)宣布將2021年度羅夫·蘭道爾和查爾斯·本內特量子計算獎頒給陸朝陽,獎勵其「對光量子信息科學,尤其是固態量子光源、量子隱形傳態和光量子計算的突出貢獻」。據了解,國際評審委員會每年在全世界範圍內評選出一名博士畢業12年之內的青年科學家。前四屆獲獎人分別來自美國麻省理工學院、加州理工學院、瑞士蘇黎世聯邦理工學院和澳大利亞新南威爾斯大學。

中國80後物理天才陸朝陽,這位28歲就成為中科大教授的年輕人身上,體現了東陽人的樸實、謙虛、聰敏和勤奮。對於自己榮獲「科學之星」,陸朝陽深有感慨地說:「這個榮譽是對潘建偉老師領銜的整個量子團隊的認可。目前量子技術國際競爭日趨激烈,賽跑才剛剛開始,我輩需更加努力!」

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