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南京大学于扬:量子物理究竟藏了哪些秘密?
2019-03-27 南京大学

 

  人物介绍

  于扬,1968年出生,1990年毕业于南京大学物理系,获得理学学士学位。1997年赴美国堪萨斯大学物理与天文系攻读博士学位,主要开展超导量子比特的研究,2002年获得博士学位。2002年到2005年在麻省理工学院电子实验室(RLE)作为博士后继续从事超导量子比特的研究。2005年受聘教育部“长江学者奖励计划”特聘教授回国任南京大学物理系教授,博士生导师,2007年获得国家杰出青年科学基金。已在国际著名物理期刊发表论文40多篇。主持多项省部级科研项目,其中有科技部《重大科学研究计划》、国家自然科学基金重大研究计划、江苏省攀登计划等。

  于扬长期开展超导量子比特的实验研究,是国际上最早开展超导量子比特实验研究的成员之一。

  “如果说数学是仰望星空,那物理学就直接关联到我们生活之中,能够给我们的日常生活带来很大的进步。”提到物理学,于扬教授这样说。

  成为一名科学家是于扬一直以来的梦想,中学时期的他曾看到陈景润对哥德巴赫猜想的报告文学,从此确定了做科学研究、走上科研道路的信念。高中得到任课老师认可的鼓励,更加坚定了于扬学习物理的想法。高考过后,于扬报考南京大学,第一志愿就是物理,从此在这里追寻着物理世界的乐趣。毕业后,从事了两年工作的他并没有放下科研理想,怀揣着对科研工作的热爱,于扬离开了重复的工厂工作,毅然回到了科研事业。

  “我想物理世界是一个非常有意思的世界,而且很难想象我们作为人类,对这个世界无穷无尽的有新东西,我们越往前走越觉得人类知道的太少了。我更希望过的生活是有创新的生活,就是每天可能有新的东西、不同的东西,就像我们搞研究,每天可能发现新的东西。”

  早在1997年于扬前往美国攻读博士学位时,就开展了量子退相干领域的研究。在不懈的探索和努力之下,成功观测到了约瑟夫森节中的量子相干振荡,不仅证实了量子力学可以运用于宏观变量,而且开创了运用超导器件实现量子计算机的广阔前景。这项结果被发表在2002年5月的国际顶级杂志《科学》(《Science》)上,迈出了人类控制宏观量子系统的关键一步,也使得国际超导量子计算的研究进入爆发期。

  作为国际上最早开展超导量子比特实验研究的成员之一,于扬教授二十年如一日,不断的开拓量子物理的世界 。量子是什么,大概是每个人听到这个词的第一反应。客观来说,量子是物质的最小不可分割单位,是一门划时代的基础科学。其实,量子力学每天都在我们的身边主导世界的运行。 量子力学更像是微观的规律,是物理发展的一个方向,如果量子计算机问世,人类社会就可能由电子时代进入到量子时代。

  2016年8月16日,中国发射了世界第一个“墨子号”量子科学实验卫星,量子世界不再遥不可及。如今,伴随着量子力学、量子计算的进一步研究发展,一个新时代的大门正在缓缓开启。于扬教授告诉我们,量子世界是一个新的世界,和我们的经典世界完全不一样。我们的经典世界是三维世界,量子世界是无穷维世界,这样一来我们的储存、计算速度,都可以说会无穷的增长。举例来说,如今世界最快的经典计算机,如果要分解一个一百位的数,大概需要10年左右的时间。但如果使用量子计算机,也许仅需1分钟就可以把一百位的数,分解成两个数的乘积。如此一来,密码破译、数据保护和大数据分析系统,在量子时代都将迎来新的局面。在大数据领域,量子计算机的应用也将会是革命性的变革。此外,在材料、制药等诸多需要大量计算的领域,都有量子计算的用武之地。

  虽然量子计算应用前景无限,但其依然是一个很难的领域,想要让量子计算机走入日常生活仍然困难重重。于扬教授说:“量子世界非常脆弱,会受到外界的干扰,而我们是在观察它,控制它。” 目前微加工是我国的短板,于扬团队投入了巨大精力进行技术补足。另一难题就是低温测量,实现零下273度的温度在技术层面相对困难。此外,实现量子计算机还需要理论上的相关突破,量子计算的前路依然困难重重。

  纵观当下,超导量子计算研究已经成为一项国际前沿热点,也是众多国家和国际大公司激烈竞争的领域。从IBM、谷歌、英特尔到国内的百度、阿里巴巴、腾讯都在加大该领域研发与商用探索的力度。量子领域所扮演的角色越发重要,也亟待科学家们新的研究成果问世。

  于扬教授说:“单凭某一个人或者某一个课题组的力量的话,可能还是不太容易,我们需要整合整个国家的资源,或者有更多的研究人员能够加入进来才行。在量子这样一个新的领域,我们国家和国外同时进入,至少在国际上具有平等的话语权。我们经常说科学技术是第一生产力,科技含量是一个国家要向持续发展必须要解决的问题,而南京正是抓住了这个机遇,学校也正好鼓励我们建立这种“产学研”新型研发机构,量子计算正处于萌芽期,正好是很多因素的结合,我觉得是一个很好的机会,对于南京今后的发展具有很大的帮助,以后的产出是意想不到的”。

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