80后「量子鬼才」陆朝阳获美国物理学会量子计算奖,爱上物理源自潘建伟一次演讲

新智元 · 2020-10-09
量子鬼才再获海外大奖

编者按:本文来自微信公众号“新智元”(ID:AI_era),编辑:梦佳、小匀,36氪经授权发布。

当地时间10月7日,美国物理学会(APS)宣布将2021年度罗夫·兰道尔和查尔斯·本内特量子计算奖颁给中国科学家陆朝阳。这位80后「量子鬼才」曾入选Nature中国科学之星,参与研制世界首台光量子计算机。

当地时间10月7日,美国物理学会(APS)宣布将2021年度罗夫·兰道尔和查尔斯·本内特量子计算奖(2021 Rolf Landauer and Charles H. Bennett Award in Quantum Computing)颁给中国科学家陆朝阳,奖励其「对光量子信息科学,尤其是固态量子光源、量子隐形传态和光量子计算的突出贡献」。

这位中国科学技术大学教授还是个80后。

80后「量子鬼才」,师从潘建伟,曾入选Nature中国科学之星

成长自浙江省的一个小村庄的陆朝阳,父亲是位普通的农民。

他很早就爱上了物理学,「你能通过几行简单的公式理解世间万物是如何运作的。」

高中时,潘建伟的一场科普报告为他打开了量子世界的大门。1998年春节前夕,陆朝阳所在的东阳中学邀请潘建伟在当时东阳最大的电影院发表了量子物理相关的汇报演讲。当时团队汇报了第一次量子隐形传态实验。

「非常引人入胜,也有些疯狂」。陆朝阳回忆这段年少时的经历时表示。

2000年,陆朝阳从浙江东阳走出考入中科大。本科毕业后,恰好当时潘建伟从欧洲归来组建实验室,他如愿跟随恩师潘建伟从事光量子信息方面的研究工作。

在潘院士的鼓励下,陆朝阳决定去英国剑桥完成博士学业。

2009年的一天,潘建伟在北京参观完「复兴之路」主题展后,给大洋彼岸的学生们发去了短信:「希望你们努力学习,早日归来,为民族复兴作贡献!」

海外的日子,陆朝阳依然是科研先锋,2011年入选剑桥大学丘吉尔学院Fellow。但在恩师的建议下,他选择毕业后回国,组建固态量子光学实验室,致力于发展和国家信息安全密切相关的量子信息技术,后来28岁的他成为中国科大最年轻的教授。

正是因为有中国政府对量子信息技术的大力投入,像陆朝阳一样的年轻物理学家可以把精力集中在研究工作上。

2016年被《自然》评为「中国科学之星」,被誉为推进中国掌握量子信息技术的一颗新星。当时Nature对他的评价是,一个寻找新的计算方法的量子鬼才。

陆朝阳的目标是将量子纠缠扩展到可以用于计算的程度。「首次见证量子计算机的表现超过传统计算机会是非常激动人心的体验。」陆朝阳曾表示。

作为中国量子信息技术领域一颗冉冉升起的新星,陆朝阳荣获的奖项不胜枚举。2016年,他入选美国光学学会会士,2017年获得中国青年五四奖章、欧洲物理学会菲涅尔奖。(以19世纪最伟大的光学家菲涅尔命名,每两年颁发一次,主要授予在量子电子学和量子光学领域做出杰出贡献的青年科学家。)

2018年,《麻省理工科技评论》推出「全球35位35岁以下科技创新青年」名单,陆朝阳也在榜单之列。

2019年又获得中国物理学会黄昆半导体物理奖、科学探索奖、仁科芳雄亚洲奖、国际应用和纯物理协会(IUPAP-ICO)光学青年科学家奖。

当然这当中最有分量的还要属,2020年,陆朝阳被美国光学学会授予阿道夫隆奖章(Adolph Lomb Medal),这是该奖项设立80年来首次中国科学家的本土研究工作获奖。

实现高维度量子隐形传态,天文尺度的量子干涉……这些刊登在美国物理学会的Physics杂志、英国物理学会Physics World网站、《物理评论快报》、《科学美国人》在内的国际权威学术和科普媒体上的重大成果都能看到陆朝阳的名字,这些研究也标志着我国在光量子信息技术上继续保持世界引领地位。

中国科大首次实现天文尺度的量子干涉

操纵光子的巫师,参与打造世界首台光量子计算机

陆朝阳的科研之路是一场锲而不舍的升级打怪。

量子纠缠指不同粒子无论相隔多远,量子态都可以相互关联的现象。爱因斯坦称其为「鬼魅的超距作用」。

早在2007年,还在读硕士只有24岁的陆朝阳就作为第一作者在国际上首次实现了对六光子纠缠的操纵,制备了「薛定谔猫」态和簇态,刷新了当时两项世界纪录。

后来,他还打破世界纪录,实现了八光子纠缠。这些成就让维也纳量子科学与技术中心的量子物理学家安东·蔡林格(Anton Zeilinger)将陆朝阳称作「光子纠缠鬼才」。

经过10多年的努力,陆朝阳终于控制住了10个光子,在和导师潘建伟的共同努力下,世界上首台光量子计算机就此诞生!西方权威科学媒体赞誉他是「操纵光子的巫师」。

陆朝阳在当时的采访中表示,「十个光子,让它要很听话的在这里面精度达到一微米之内,在这里面聚合起来。如果精度变化头发丝的千分之一,就不能做量子计算了。」

2017年5月3日,中国科学院宣布,在实现对10个光子精确操纵的基础上,我国科学家成功研制出了世界上第一台超越早期经典计算机的光量子计算原型机。

实验测试表明,该量子计算机的取样速度比国际同行类似的实验加快至少24000倍,比人类历史上首台电子管计算机和首台晶体管计算机运行速度快10~100倍,创造了世界纪录。

此外,他也曾与导师潘建伟院士一起完成过量子隐形传态方面的开拓性工作。量子隐形传态指的是将一个粒子的量子态传输到另一个粒子上。

在过去的几年里,陆朝阳专注于「玻色取样」, 这是一种量子计算模型,实验研究了对光子损失的鲁棒性,证明容忍一定数目光子损失的玻色采样可以带来采样率的有效提升。该研究成果为通过玻色采样实现量子霸权开辟了一条高效的途径。

这一研究在量子领域得到了不小的瞩目,论文先是以「编辑推荐文章」的形式在线发表于《物理评论快报》。随后,美国物理学会Physics网站邀请澳大利亚量子计算和量子通信技术国家研究中心Austin Lund博士以「光子损耗不会使得量子采样脱轨」为题,对此研究进行了专栏评述。

但对于自己的成绩,陆朝阳表示,自己还很年轻,还可以探索新的领域,比如光镊中的原子阵列和超导电路。

陆朝阳自己,也正在第二次量子革命的道路上驰骋。他对量子的未来充满期待,「我相信,量子计算机的发展将遵循与激光类似的轨迹——首先在实验室中作为一种有用的工具,然后在许多不同的领域得到应用。受我们对激光历史的了解所启发,我相信我们已经发现的,例如,量子密钥分配和量子算法,也只是未来的冰山一角。」

参考链接:

https://quantum.ustc.edu.cn/web/index.php/node/137

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