作為找到打開(kāi)拓?fù)淞孔佑?jì)算機(jī)大門(mén)“鑰匙”的科學(xué)家,，這位神秘粒子“捕手”是如何找到馬約拉納費(fèi)米子的，未來(lái)他還將如何“操控”它們,？

編者按：

隨著我國(guó)深入實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略,，科技自立自強(qiáng)的重要性愈發(fā)顯現(xiàn)。要解決“卡脖子”的技術(shù)短板,，基礎(chǔ)研究和前沿技術(shù)突破是關(guān)鍵,，而其中最核心的，是要有高水平科學(xué)家及團(tuán)隊(duì)來(lái)提出問(wèn)題,、解決問(wèn)題,。

每一項(xiàng)重大科學(xué)成果的背后，是一個(gè)個(gè)鮮活有趣的科學(xué)家,。對(duì)于這群“板凳甘坐十年冷”的群體,，第一財(cái)經(jīng)策劃推出融媒體產(chǎn)品《原來(lái)你是這樣的科學(xué)家》，通過(guò)長(zhǎng)期跟蹤采訪,，走近這些追逐“星辰大?！钡目蒲泄ぷ髡摺?nbsp;

提到“馬約拉納費(fèi)米子”,？很多人乍看可能一頭霧水,。

馬約拉納費(fèi)米子是意大利物理學(xué)家馬約拉納在1937年提出的預(yù)言,，即這個(gè)奇異的粒子作為一種特殊的存在，粒子本身與它的反粒子完全相同,。之后的80年里,，全球物理學(xué)家一直在找尋這個(gè)“正反同體”粒子存在的證據(jù)，但并無(wú)結(jié)果,。

突破發(fā)生在2016年,，中國(guó)科學(xué)家賈金鋒團(tuán)隊(duì)率先“捕捉”到了這個(gè)神秘粒子，在世界上首次確切探測(cè)到馬約拉納費(fèi)米子的存在,，也意味著人類(lèi)在量子物理學(xué)領(lǐng)域取得了一個(gè)重大突破,，這個(gè)發(fā)現(xiàn)不僅有助于量子計(jì)算機(jī)的研制，給信息科技帶來(lái)革命性變化,，還能進(jìn)一步揭開(kāi)暗物質(zhì)的謎團(tuán),。

“我們正在做這件事情，就是要把馬約拉納費(fèi)米子的性質(zhì)了解清楚,，然后能夠操控它,，想讓它在哪里出現(xiàn)就在哪里出現(xiàn)。如果做到了這一點(diǎn),，我們就可以用它來(lái)做拓?fù)淞孔佑?jì)算了,。”中科院院士,、上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院副院長(zhǎng),、南方科技大學(xué)代理副校長(zhǎng)賈金鋒近日接受第一財(cái)經(jīng)獨(dú)家專(zhuān)訪時(shí)說(shuō)。

就在今年3月,，賈金鋒和鄭浩團(tuán)隊(duì)的科研成果“實(shí)驗(yàn)證實(shí)超導(dǎo)態(tài)'分段費(fèi)米面’”入選了2022年度“中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”,，為超導(dǎo)計(jì)算機(jī)的核心部件之一超導(dǎo)二極管的研制提供了一種可能的理論路徑。

作為找到打開(kāi)拓?fù)淞孔佑?jì)算機(jī)大門(mén)“鑰匙”的科學(xué)家,，這位神秘粒子“捕手”是如何找到馬約拉納費(fèi)米子的,，未來(lái)他還將如何“操控”它們？

圖為賈金鋒 攝影/任玉明

凝聚態(tài)物理和我們的生活有什么關(guān)聯(lián)

物理作為一門(mén)研究自然界基本規(guī)律的科學(xué),，不僅揭示自然界中許多現(xiàn)象背后的原理和機(jī)制,，也是支撐人類(lèi)科技發(fā)展的關(guān)鍵。在賈金鋒看來(lái),，雖然從事的是物理領(lǐng)域研究,，不過(guò)他主攻的凝聚態(tài)物理領(lǐng)域工作主要是研究各種各樣的材料，因此也和國(guó)民經(jīng)濟(jì)生活息息相關(guān),。

作為物理學(xué)的一大分支，凝聚態(tài)物理是一個(gè)高度多元化的研究領(lǐng)域,，不僅涵蓋了超導(dǎo)體,、磁性材料和半導(dǎo)體等相對(duì)傳統(tǒng)的研究方向,，也包含一些新興的前沿研究方向，如拓?fù)湮锢?、界面超?dǎo),、量子反常霍爾效應(yīng),，還包含了各種復(fù)雜凝聚體系的研究,，如新型生物與能源材料。

“我覺(jué)得20世紀(jì)人類(lèi)最大的兩個(gè)發(fā)現(xiàn),，一個(gè)是激光,，一個(gè)是計(jì)算機(jī)，這兩個(gè)都屬于凝聚態(tài)物理研究的成果,?！辟Z金鋒告訴記者，比如半導(dǎo)體,、由此產(chǎn)生的晶體管以及后來(lái)的集成電路,，隨之誕生的各種各樣的信息科技，包括計(jì)算機(jī),、手機(jī)等,，都和凝聚態(tài)物理緊密相關(guān)。除此之外,，他們還研究磁有關(guān)的現(xiàn)象,，以及超導(dǎo)研究?！澳蹜B(tài)物理領(lǐng)域吸引了很多人,，我自己也是對(duì)這個(gè)領(lǐng)域感興趣一直做到現(xiàn)在?！?/p>

從2008年算起,，賈金鋒已經(jīng)從事拓?fù)涑瑢?dǎo)量子計(jì)算領(lǐng)域研究15年，接下來(lái)他們還要繼續(xù)研究如何操控這個(gè)“神秘粒子”,?！白粉櫟劫M(fèi)米子是一個(gè)非常大的進(jìn)展，我們還要繼續(xù)研究它的性質(zhì),，并對(duì)它進(jìn)行操控,，想讓它去哪里就去哪里?！?/p>

迄今為止,，全球并未制造出真正意義上的量子計(jì)算機(jī)，其中一個(gè)重要原因就是用于量子計(jì)算的粒子的量子態(tài)并不穩(wěn)定,，而馬約拉納費(fèi)米子這種正反粒子同體的特殊存在使得它的狀態(tài)非常穩(wěn)定,。這些屬性或成為實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)制造的鑰匙,，幫助人類(lèi)打開(kāi)拓?fù)淞孔佑?jì)算時(shí)代，屆時(shí)眼下超級(jí)計(jì)算機(jī)需要耗費(fèi)巨大算力才能處理的問(wèn)題,，對(duì)于量子計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)是小菜一碟,。

不過(guò)，找到馬約拉納費(fèi)米子已經(jīng)如此不易,，操控是否更難,？

“馬約拉納費(fèi)米子并不是一個(gè)傳統(tǒng)意義上的粒子，而是一種準(zhǔn)粒子,，但它同樣符合馬約拉納的預(yù)言,，準(zhǔn)粒子是凝聚態(tài)物理中一個(gè)重要概念?！辟Z金鋒介紹,。

之所以捕捉到馬約拉納費(fèi)米子的過(guò)程如此難，正是由于它被上方的超導(dǎo)材料覆蓋,。賈金鋒團(tuán)隊(duì)則獨(dú)辟蹊徑把超導(dǎo)材料放在了下面,，使它上方“生長(zhǎng)”出了拓?fù)浣^緣體薄膜，讓拓?fù)浣^緣體薄膜的表面變成拓?fù)涑瑢?dǎo)體,，把馬約拉納費(fèi)米子從“暗處”翻到了“明面”上來(lái)觀察,。在經(jīng)歷無(wú)數(shù)次的實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證后，他們率先觀測(cè)到了在超導(dǎo)渦旋中馬約拉納費(fèi)米子的蹤跡,，實(shí)驗(yàn)中還創(chuàng)新性地測(cè)量了馬約拉納費(fèi)米子的空間分布及自旋特性,，這些方法目前在國(guó)際上被廣泛使用。

他解釋?zhuān)胍倏伛R約拉納費(fèi)米子的移動(dòng),，還需要物理學(xué)和工程學(xué)兩個(gè)領(lǐng)域的科研人員一起來(lái)推動(dòng),。“操控移動(dòng)應(yīng)該幾年內(nèi)就能實(shí)現(xiàn),，但是更難的是實(shí)現(xiàn)操控后要對(duì)結(jié)果進(jìn)行測(cè)量,，看看是不是和理論相符合，這些都是以前沒(méi)人做過(guò)的研究,。不過(guò)如果實(shí)現(xiàn)了這些目標(biāo),，我們就可以用它來(lái)做拓?fù)淞孔佑?jì)算?！?/p>

科研不能盲從,、追熱點(diǎn)

雖然物理學(xué)是人類(lèi)知識(shí)架構(gòu)的基礎(chǔ)，但由于做相關(guān)基礎(chǔ)研究往往短期難以收獲質(zhì)的突破,，所以不是年輕人心中的熱門(mén)選擇,，賈金鋒也在日常科普和講座中打破一些關(guān)于“學(xué)物理苦”的刻板印象。

圖為賈金鋒 攝影/任玉明

從1983年考入北京大學(xué)物理系算起,，賈金鋒已經(jīng)從事物理學(xué)研究40年,，在他看來(lái)，基礎(chǔ)研究在整個(gè)創(chuàng)新鏈中至關(guān)重要,，尤其物理是非常有用且有意思的一門(mén)學(xué)科，它的每一個(gè)進(jìn)步都會(huì)給社會(huì)帶來(lái)一些變化,。

以日常用的硬盤(pán)來(lái)說(shuō),，之所以現(xiàn)在硬盤(pán)存儲(chǔ)容量大而且攜帶便利，就是因?yàn)槿藗兞私獾搅恕熬薮抛栊?yīng)”,?！拔矣浀么蟾派鲜兰o(jì)八九十年代，一個(gè)大大的硬盤(pán)存儲(chǔ)容量只有幾十兆,，現(xiàn)在一個(gè)小小的硬盤(pán)就可以做到很多T,，這種進(jìn)展就來(lái)源于物理學(xué)?！辟Z金鋒說(shuō),。

不久前，他在一所中學(xué)給同學(xué)們作了場(chǎng)《為什么要學(xué)物理》的講座,，勉勵(lì)學(xué)子們將來(lái)要積極投身物理學(xué)等領(lǐng)域的科研工作,。“通過(guò)這個(gè)講座想讓他們知道學(xué)物理是非常好的一個(gè)選擇,，雖然它有挑戰(zhàn),。不過(guò)人生中必須要有挑戰(zhàn)，有挑戰(zhàn)才有意思,?！?/p>

賈金鋒還提到：“學(xué)物理多年以前是很辛苦的，現(xiàn)在我們國(guó)家條件好了,，從科研經(jīng)費(fèi)到科研儀器都有了大進(jìn)步,，特別是近年來(lái)對(duì)科技人才發(fā)展愈加重視，我們做基礎(chǔ)研究的收入也不比別的行業(yè)差,?！?/p>

在他看來(lái)，眼下比經(jīng)費(fèi)和先進(jìn)儀器更重要的,，是社會(huì)上關(guān)于基礎(chǔ)研究的整體氛圍,。“當(dāng)全社會(huì)的人都意識(shí)到基礎(chǔ)研究的重要性,，不用我們?cè)傩麄髯龌A(chǔ)研究就會(huì)認(rèn)識(shí)到它很重要,，并自發(fā)地去加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，和做基礎(chǔ)研究的人合作，推進(jìn)各行各業(yè)的發(fā)展,，這個(gè)環(huán)境就很好了,。”

對(duì)于想從事科學(xué)研究的年輕人來(lái)說(shuō),，賈金鋒也給出了過(guò)來(lái)人的建議,。他說(shuō)，做科研,，特別是做基礎(chǔ)研究,，必須要有新的想法，不能去重復(fù)別人的工作,，也一定不要追熱點(diǎn),。“最重要的是要堅(jiān)持自己的想法,，只有你堅(jiān)持自己的想法,，然后去做自己認(rèn)為重要的事情，才會(huì)有突破,?！背酥猓褪且恋米??！叭思叶疾蝗プ鲞@個(gè)東西，你就要能靜得下來(lái),，也就是能坐冷板凳,，一旦做出來(lái)，這就是你的原始創(chuàng)新了,?！?/p>