「復旦—中植科學獎」揭曉！薛其坤等3位中外科學家獲獎

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今天（12月13日），第五屆「復旦—中植科學獎」頒獎典禮暨2020復旦科技創新論壇在上海舉行。來自世界各地的200餘位頂尖科學家和青年創新人才線上線下齊聚一堂，共襄盛會，論道科技前沿與創新趨勢。

英國皇家學會會員、英國布裡斯託大學教授麥可·貝裡（Sir Michael V. Berry），美國國家科學院院士、美國賓夕法尼亞大學教授查爾斯·凱恩（Charles L. Kane），中國科學院院士薛其坤獲2020年「復旦—中植科學獎」。

麥可·貝裡提出的貝裡相位，是量子力學基礎研究的重大突破，促進了對拓撲物態的研究。

查爾斯·凱恩提出了拓撲絕緣體的關鍵理論，促使拓撲絕緣體研究領域的誕生，並推動了該領域的蓬勃發展。

薛其坤及其領銜團隊首次在實驗中發現量子反常霍爾效應，這一研究成果將推動新一代低能耗電晶體和電子學器件的發展，甚至可能加速推進信息技術革命的進程。

論道全球科技前沿，把握世界創新趨勢

上午，2020復旦科技創新論壇主論壇開幕。復旦大學校長、中國科學院院士許寧生，「復旦—中植科學獎」捐贈方代表、中植企業集團首席合規官劉輔華在開幕式上致辭。

復旦大學校長、中國科學院院士許寧生在開幕式上致辭

許寧生在致辭中代表復旦大學對參加論壇的各位嘉賓表示熱烈歡迎，對中植企業集團、「復旦—中植科學獎」評審委員以及參與籌備本屆論壇的同事們表示由衷感謝。他指出，人類發展歷史上的每一次重大變革都離不開科技創新，在多元化發展成為必然趨勢的今天，全球科技合作是構建人類命運共同體的核心要素。為解決人類發展的重大問題匯聚全球智慧，是復旦大學設立「復旦—中植科學獎」的初衷之一。

許寧生強調，高校是學科和人才聚集地、育人高地，同時也是孕育科學創新最重要的策源地，高校的主要任務是推動人類文明的進步。復旦大學始終將科技創新作為學校發展的重要使命之一，致力於通過國際協作，積極推動人類社會的發展。近年來，學校通過培養和提升科研原創能力，特別是在集成電路與微納電子、腦科學與生物醫藥、人工智慧等基礎科技領域，以解決國家發展和人類進步實際問題為導向，對標聯合國可持續發展目標，在關鍵核心技術領域不斷突破。復旦大學強調師生對科學的好奇心和學術自立、自信、自律。他表示，希望復旦科技創新論壇和「復旦—中植科學獎」進一步為促進全球科技創新最新成果的交流，助力國家戰略發展和上海科創中心建設，同時對帶動全球科學技術研究作出積極貢獻。

「復旦—中植科學獎」捐贈方代表、中植企業集團首席合規官劉輔華在開幕式上致辭

劉輔華代表中植企業集團創始人兼執行長解直錕先生、代表中植企業集團，對本次論壇的召開、特別是對本屆「復旦—中植科學獎」的獲獎科學家表示衷心祝賀。他介紹，2015年4月，中植集團與復旦大學籤署戰略合作協議，襄助復旦大學探索創新型教育方式方法，服務國家科技創新驅動發展戰略的實施，並共同設立了「復旦—中植科學獎」。在過去的五年中，這些基礎性、原創性的獲獎成果，在全世界範圍內所激發出的更多的相關研究活動，以及所展現出的對科技進步和社會發展的巨大價值。他指出，今年授予的獎項領域是物理學，這是一門基礎自然科學，是其它自然科學學科的研究基礎。「記得有一位著名物理學家曾經說過：『沒有昨日的基礎科學，就沒有今日的技術革命』。」他表示，沒有今日的基礎科學突破，就沒有明天的科技創新，今天舉辦「復旦科技創新論壇」、頒發「復旦—中植科學獎」，正是鼓勵基礎研究、支持科技創新的重要表現。

「復旦—中植科學獎」評審委員會主席、著名物理學家、諾貝爾物理學獎得主丁肇中致頒獎辭

「復旦—中植科學獎」評審委員會主席、著名物理學家、諾貝爾物理學獎得主丁肇中，通過視頻遠程宣讀第五屆「復旦—中植科學獎」獲獎名單並致頒獎辭。

★ 「復旦—中植科學獎」頒獎辭 ★

該獎項將授予三位傑出的科學家。

第一位是布裡斯託大學的麥可·貝裡爵士。他的重要貢獻如下：他是布裡斯託大學的一名理論物理學家，英國皇家學會會員，他在量子力學中引入了幾何相位。他指出了量子態在絕熱循環過程中所產生的不可積相因子，這一相因子與由量子系統哈密頓量控制的動力學演化所產生的動力學相位不同。它是由幾何原因產生的，這一不可積相因子的發現是量子力學的基礎性重大突破，通常稱之為貝裡相位。如今，貝裡相位已經成為一種基本概念，用於理解凝聚態物理中的一系列重要體系，如拓撲絕緣體，量子霍爾效應。這些都是由量子化的貝裡相位所表徵的。貝裡教授在理論上發現了基礎量子力學中的幾何相位，這一相位如今被稱為貝裡相位。

第二位獲獎人是賓夕法尼亞大學的查爾斯·凱恩教授。查爾斯·凱恩教授是一名理論物理學家、賓夕法尼亞大學克里斯多福·布朗特聘理論物理學教授、美國國家科學院院士。他提出了大部分關鍵理論概念催生出拓撲絕緣體領域，使人們對電子結構的拓撲特徵有了更深入的了解。他和他的同事們提出了二維系統可以表現出「量子自旋霍爾效應」。最重要的是，這個態是由離散的Z2 拓撲不變量來表徵的。他所提出的這個態後來被稱為拓撲絕緣態，由於他先驅性的理論工作，拓撲絕緣體的概念被拓展至三維系統，許多拓撲絕緣體材料以及諸如外爾半金屬的衍生材料被理論預言，並被實驗證實。這一領域現已成為凝聚態物理中最活躍和重要的領域之一。

第三位獲獎人是清華大學的薛其坤教授。薛教授能獲得這個獎，我感到十分高興。據我所知，這是第一次由中國人獲得物理獎項，同時也是第一次由傑出的實驗物理學家獲得該獎項。他的貢獻如下：他是清華大學的一名實驗物理學家、中國科學院院士。他在零外磁場的條件下在磁性摻雜的拓撲絕緣體中發現了量子反常霍爾效應。在磁性拓撲絕緣體中實現量子反常霍爾效應是非常有挑戰性的。自1988年霍爾丹預言了量子反常霍爾效應起，在實驗上實現花費了25年時間。零磁場下精確的量子化霍爾電導，使得量子反常霍爾效應成為繼量子霍爾效應和分數量子霍爾效應後凝聚態物理領域最卓越的成果之一。

聚焦物理學領域，

「復旦—中植科學獎」今年授予了他們！

2020年「復旦—中植科學獎」得主麥可·貝裡與查爾斯·凱恩，線上出席頒獎典禮並發表獲獎感言。2020年「復旦—中植科學獎」得主薛其坤出席頒獎典禮並作專題報告《量子反常霍爾效應的實驗及體會》。

麥可·貝裡：作為一名理論家，

很高興看到不同的應用出現

麥可·貝裡因其在基礎量子力學中引入幾何相位而聞名。這一相位的發現是量子力學的基礎性重大突破，現在通常稱之為貝裡相位。貝裡表示，非常高興由於發現幾何相位而獲得「復旦—中植科學獎」。

他介紹，幾何相位有複雜的歷史，涉及許多人，可以追溯到1830年。「當我在1983年發現幾何相位時，我對它一無所知。我的靈感是從我報告後的一個提問引發的。當時人們對混沌理論很感興趣，在我的報告中有一個關於量子混沌的技術細節。我提到它只在沒有磁場的情況下適用。羅納德·福克斯提出了一個問題：如果有磁場時會發生什麼呢？經過數周的苦思冥想，答案就是幾何相位。它源於一個提問，但我需要科學背景。就像帕斯卡寫道：機會總是青睞有準備的人。」

「儘管人們對量子力學感到陌生，但是量子力學的應用廣為人知。比如我的電腦有幾千個電晶體，他們是基於量子力學設計出來的，其他像手機、電視等設備也是基於量子力學，我們對這些應用都非常熟悉。人們對於理論很陌生，但是對於其設計就很熟悉。幾何相位是對量子波震動階段的記憶，它聽上去很抽象，也只是量子理論中的很小一部分，卻有著相當多的實際應用。」貝裡說。

如何更好理解幾何相位？貝裡舉了一個生動的例子：「比如我們的腸胃蠕動是由一系列動作不斷反覆構成，食物通過腸胃消化蠕動等一系列動作被更好的混合，這就是腸胃在相同幾何情況下的幾何相位。」

不同於量子力學被用於探索那些人類肉眼不可見的問題，貝裡的研究領域也包括光學這樣可見自然現象背後的物理問題。「彩虹、海面上的粼粼波光，尤其光學現象，這也是我的研究內容。抽象概念、實際現象和數學表達的融合正是我的研究重點。」貝裡說。

談及其理論的應用，貝裡沒有給出明確的答案。他說基礎物理理論的發展都會伴隨著新的應用，他很高興看到不同的應用出現，而自己只是一個理論家，所以無法預計未來的應用方向。正如他所談到的，法拉第發現電磁感應現象時沒有想到這會開啟電的時代，麥克斯韋在創立電、磁、光之間的理論時也沒有想到這會成為遠程通信的理論基礎。

「上世紀20年代量子力學誕生，人們發明了電晶體、電視、手機，不同的人有自己不同的想法，有人強調的是其中的數學方法，有人將理論用於不同的發明設計，有的工程師則用這些設計改善我們的日常生活，不同的人有不同的工作方式和貢獻，而我在這個體系中只是一個理論家。」作為理論家，貝裡無法預計未來的應用發展，但卻肯定了與之相關的不同貢獻。

查爾斯·凱恩：期待未來中國

取得更大物理研究成果

另一位2020年復旦—中植科學獎獲得者是查爾斯·凱恩。他在獲獎感言中表示，很榮幸能獲得「復旦—中植科學獎」，「在我剛剛開始從事科學工作的時候，我未曾想到今日的情形。我投身科學研究並不是為了獲獎，而是被強烈的好奇心所驅使：對於物理世界，以及如何用嚴謹數學邏輯來理解它，能夠從事滿足好奇心的事業我感到非常幸運。」

在凱恩看來，現實世界的應用與理論的深刻優美之結合是理論物理最妙之處。「我的同行麥可·貝裡和薛其坤教授也是這一結合的典範，我非常榮幸能與他們分享該榮譽。」他指出，貝裡教授引入的概念因其應用的深度和廣度而著稱，同時也是自己整個職業生涯大部分研究內容的基礎，包括拓撲絕緣體；而薛教授通過開創性的實驗工作使得拓撲、貝裡相位等抽象概念，在現實世界中得以實現。

作為拓撲學理論物理學家，凱恩用球體和甜甜圈解釋了什麼是拓撲學，以及拓撲學與拓撲絕緣體的關係。「世界上所有物體都有拓撲分類，一個甜甜圈和一個球是拓撲不同的，但一個甜甜圈和一個咖啡杯就是拓撲相同的，因為它們都有一個洞，而拓撲電子學研究的就是如何將電子的拓撲分類用數學表達出來。半導體中的電子也有不同的拓撲分類，拓撲絕緣體不同於普通半導體的點在於，它的電子的拓撲分類更像是球體而不是甜甜圈。」

凱恩正著力研究的拓撲絕緣體是一類特殊的新型材料，其表面是導體，內部卻是絕緣體。「拓撲絕緣體有點像金箔紙包裝的巧克力，但不同點在於，當你剝去拓撲絕緣體的表層，剩餘材料的表層又自動成為導體。」凱恩還發現，拓撲絕緣體內部電子的移動方向是整齊的，猶如汽車有秩序地行駛在各自車道上，互不相撞，減少了使用普通半導體會造成的熱量損失。

量子計算機是拓撲絕緣體的一個潛在應用方向。凱恩提到，目前全世界對量子計算機的研究難點在於如何避免量子比特因觀測而失去量子特性。由拓撲絕緣體和超導體組成的拓撲超導體將是製造量子計算機的可能材料，能有效避免因量子比特狀態的破壞而造成的信息丟失。

談及中國物理學的發展，他大力讚揚了近年來我國對相關學術科研投入力度。「我注意到中國對學術科研投入持續激增，期待未來中國取得更大物理研究成果。」

薛其坤：量子反常霍爾效應

也是中國改革開放的成果之一

薛其坤在致辭中對復旦大學、中植企業集團、「復旦—中植科學獎」評選委員會表示感謝。他表示，這個榮譽不僅僅屬於他個人，也屬於他背後的團隊。他也感謝導師在成長之路上的指引及相關合作專家和單位。

「霍爾效應和現在的生活密切相關，給人類的生活提供了極大的方便，信用卡的讀卡器等，都是利用霍爾效應發展出來的現代技術。」薛其坤說。

為了更形象地解釋量子反常霍爾效應，他說：「我們的研究就是針對微觀世界中的一種新的電子運動規律，通過這個效應的測量，我們發現微觀世界的電子是排著隊走的，還不允許掉頭。器件發熱，其實就是因為電子在走『回頭路』。在量子反常霍爾效應中，電子都是排隊走、不回頭，即便碰到材料缺陷也不會掉頭，而是會繞開。這就使得器件運作變快、消耗變少。」

談及該成果未來的應用可能，薛其坤表示，量子反常霍爾效應一方面能夠減少元器件發熱、大大提高用電效率，另一方面會推動拓撲量子計算機的出現。「從原理上來講，這項應用適用於所有電子器件，但真正要得以應用，還涉及技術開發成本、原料供給、加工設備等因素，未來還有相當漫長的路要走。」

在分享實驗經歷的時候，薛其坤指出實驗技術的重要性。「物理學是一個實驗科學，大部分的科學發展都是先從實驗取得突破的。時代發展到今天，物理學實驗的突破，在很大程度上依賴於精尖的實驗技術的發展。靠簡單的設備、想法就獲得重大物理發現，比如牛頓因看到蘋果落地而發現萬有引力定律，幾乎已經沒有了。因此，實驗技術的發展可能是未來科學突破的主要途徑之一。」此外，他還提到，導師和團隊合作機制很重要，在追求科學目標的時候，如果每個人都先想到利益分成，就很難做成。

薛其坤最後強調，「復旦—中植科學獎」是中國弘揚科學精神的一個獎項，是中國正在全方面走向世界的象徵，而量子反常霍爾效應這項科學成果也是中國改革開放的成果之一。「如果沒有國家的強大和發展，沒有改革開放，我們有再聰明的腦袋、再厲害的奮鬥精神，我想我們都沒有展示才能的舞臺。」

中國工程院院士、鐵路工程技術和管理專家盧春房

中國科學院院士、中國科學院理論物理研究所所長蔡榮根

本屆復旦科技創新論壇特邀中國工程院院士、鐵路工程技術和管理專家盧春房，中國科學院院士、中國科學院理論物理研究所所長蔡榮根，先後作題為《高速鐵路技術發展方向研究》和《廣義相對論，黑洞和引力波》的主題報告。

搭建交流分享平臺，集聚科創領軍人才

「復旦科技創新論壇」由復旦大學主辦，復旦大學高等學術研究院承辦，中植企業集團贊助。本屆論壇為期兩天，除主論壇之外，另設立物理科學、數學科學、人類表型組、數據科學與人工智慧四個分論壇。

分論壇匯聚三十餘名專家學者，圍繞自旋物理、未來信息技術、非線性數學期望、新時代的應用數學、人類表型組計劃、健康「一帶一路」、大數據模型檢驗、混合增強型智能駕駛等主題發表主旨演講。

「復旦科技創新論壇」從2015年開始舉辦，旨在通過搭建全球視野下的交流與分享平臺，集聚科創領軍人才，把握當今世界最前沿的創新趨勢，同時通過激發社會大眾尤其是廣大青年才俊的創新熱情，積極營造「大眾創業、萬眾創新」的熱烈氛圍，為上海市建成具有全球影響力的科技創新中心貢獻智慧源泉。

「復旦—中植科學獎」由復旦大學和中植企業集團於2015年合作設立，以表彰在數學、物理學和生物醫學領域做出原創性傑出貢獻的全球科學家。獎項每三年在這三個學科領域中輪流頒發。

今年的「復旦—中植科學獎」授予物理學領域的傑出科學家，這是該獎項設立以來的第二次。2017年9月，「復旦—中植科學獎」首次授予物理學領域科學家，麻省理工學院教授雷納·韋斯（Rainer Weiss）和加州理工學院教授基普·索恩（Kip Thorne）、巴裡·巴裡什（Barry Barish）三位獲獎人於同年10月榮獲了諾貝爾物理學獎。而2016年首屆「復旦—中植科學獎」授予美國科學家詹姆斯·艾利森（James P.Allison）和日本科學家本庶佑（Tasuku Honjo），這兩位科學家因「對腫瘤負性免疫調節的抑制治療方法」而獲得2018年諾貝爾生理學或醫學獎。

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