“量子鬼才”陸朝陽：做跳起來才夠得著的科研

喻思南

中國科技大學(xué)教授陸朝陽是國際量子科學(xué)領(lǐng)域走在最前沿的年輕人之一。他長期耕耘，成果迭出，獲得了國際上一系列重量級獎(jiǎng)項(xiàng)。陸朝陽確信，不要做短平快的事情，要做需要非常努力跳起來才夠得著的科研，并堅(jiān)持做到極致。他說，只有一步一步走，才能保證量子計(jì)算領(lǐng)域的健康發(fā)展。

不久前，我國量子計(jì)算原型機(jī)“九章”問世。在國際學(xué)術(shù)界，這被認(rèn)為是量子計(jì)算里程碑式的成就。

中國科技大學(xué)教授陸朝陽就是“九章”量子計(jì)算原型機(jī)研制團(tuán)隊(duì)的成員。留著簡單平頭、臉龐有點(diǎn)瘦削，戴著眼鏡的陸朝陽走在校園里，有時(shí)會被人誤以為是研究生。實(shí)際上，38歲的他，已經(jīng)是國際量子科學(xué)領(lǐng)域走在最前沿的年輕人之一。

從未知開始摸索，發(fā)現(xiàn)問題并攻克

1982年生的陸朝陽是東陽畫水人。2004年本科畢業(yè)于中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2011年初于英國劍橋大學(xué)獲得物理學(xué)博士，師從東陽籍學(xué)者潘建偉教授，一直致力于量子方面的研究。

陸朝陽與量子結(jié)緣始于1998年，那年寒假，中科院院士潘建偉受邀回高中母校做科普講座。他對神奇量子世界的描繪，給這位熱愛物理的少年帶來極大震撼。

陸朝陽沒想到，與量子的這次邂逅會讓他走得這么遠(yuǎn)。這次和團(tuán)隊(duì)一起構(gòu)建出“九章”，他在延續(xù)20多年前的“瘋狂”。

2005年是陸朝陽研究的起點(diǎn)。當(dāng)時(shí)，潘建偉回到中科大不久，陸朝陽加入了他的團(tuán)隊(duì)。

還是碩士新生時(shí)，陸朝陽就接到一項(xiàng)高難度的工作——把實(shí)驗(yàn)平臺升級到具備操縱六光子糾纏的能力。實(shí)現(xiàn)這個(gè)任務(wù)，既要造出亮度和純度都非常高的糾纏光源，還要發(fā)展新的判據(jù)證明六光子純糾纏。

摸著石頭過河，折騰了大半年，實(shí)驗(yàn)還沒達(dá)到最理想的狀態(tài)。他一時(shí)打起了退堂鼓，給潘建偉寫郵件：“新判據(jù)好難，要不，我們還是用老方法演示六光子糾纏吧?！焙芸?，他收到一封措辭嚴(yán)厲的回信，批評他輕言放棄的念頭。陸朝陽重新收拾心情，那一年，他放棄所有假期，一直泡在實(shí)驗(yàn)室。

2007年底，25歲的陸朝陽以第一作者發(fā)表了兩個(gè)重要成果：六光子糾纏和量子分解算法。這兩個(gè)成果后來分別入選了該年度的中國十大科技進(jìn)展和中國高校十大科技進(jìn)展。

“現(xiàn)在看來，這些工作都比較簡單?！标懗栒f，“可它們讓我體驗(yàn)了什么是科研——從未知開始摸索，發(fā)現(xiàn)問題并攻克它。”更重要的是，在老師的引導(dǎo)下，他確信：不要做短平快的事情，要做需要非常努力跳起來才夠得著的科研，并堅(jiān)持做到極致。

出國深造后，陸朝陽選擇回到中科大。首次實(shí)現(xiàn)單光子多自由度和高維度的量子隱形傳態(tài)，制備國際上綜合性能最優(yōu)的單光子源，實(shí)現(xiàn)10光子、12光子、18比特糾纏……回國不到10年，陸朝陽的高影響力成果不斷。這次構(gòu)建出“九章”，就得益于他和團(tuán)隊(duì)在用光學(xué)方法實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算這條路線上的長期耕耘。

基礎(chǔ)科研不是自娛自樂，需要在世界舞臺上獲得認(rèn)可，陸朝陽獲得了國際上一系列重量級獎(jiǎng)項(xiàng)。2019年他捧回了國際純粹與應(yīng)用物理學(xué)聯(lián)合會光學(xué)領(lǐng)域青年科學(xué)家獎(jiǎng)。去年2月，他被授予美國光學(xué)學(xué)會頒發(fā)的阿道夫隆獎(jiǎng)?wù)?，這是該獎(jiǎng)?wù)略O(shè)立80余年來中國科學(xué)家在本土的研究工作首次獲獎(jiǎng)。去年10月，再次捧回美國物理學(xué)會量子計(jì)算獎(jiǎng)，這是國際學(xué)術(shù)界唯一以量子計(jì)算命名的獎(jiǎng)項(xiàng)。

沒有什么比看到學(xué)生茁壯成長更滿足

陸朝陽說，研究量子需要很好的物理直覺，但做出成績主要靠團(tuán)隊(duì)成員的緊密合作，以及學(xué)科交叉碰撞出的火花。

在潘建偉領(lǐng)銜的中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院，像陸朝陽這樣的年輕教授有20多名。他們各有所長，彼此又緊密聯(lián)系?！盎ハ鄮椭⒒ハ啻龠M(jìn)?！标懗栒f。

他的研究小組有20名學(xué)生，幾乎都是90后。其中，陳明城、王輝、鄧宇皓、鐘翰森就是這次“九章”工作的第一作者。

陸朝陽說自己沒什么值得說的故事，過去一年多，構(gòu)建“九章”量子計(jì)算原型機(jī)這項(xiàng)工作，最辛苦的是在一線奮戰(zhàn)的學(xué)生。

1997年出生的鄧宇皓，本科就加入了實(shí)驗(yàn)室。他很感謝陸朝陽放手讓自己承擔(dān)重要工作?！熬拖駥W(xué)游泳，聽很多理論不如直接跳到水里撲騰?！编囉铕┻@樣總結(jié)。

理論想法鼓勵(lì)天馬行空，實(shí)驗(yàn)執(zhí)行又非常嚴(yán)格。王輝說，陸老師對數(shù)據(jù)的獲取和分析、論文的畫圖、寫作要求極為細(xì)致，“表述不對的地方，他會把我叫到辦公室，逐字逐句修改，有時(shí)干脆直接全部重寫?！?/p>

2014年，小組培養(yǎng)學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)被《自然》子刊專門報(bào)道。多名學(xué)生已經(jīng)成為國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金獲得者、教授、特任研究員，獲得各類獎(jiǎng)項(xiàng)的學(xué)生更是數(shù)不過來。

陸朝陽說，他希望把自己接受到的好的教育理念和方法都傳承下去。他很欣賞年輕一代的干勁和悟性，例如，構(gòu)建“九章”時(shí)，訂購的激光器出廠參數(shù)達(dá)不到實(shí)驗(yàn)的要求，1995年出生的鐘翰森對著說明書，硬是靠自己搗鼓，改進(jìn)設(shè)計(jì)，調(diào)試出了符合要求的激光器。

“作為導(dǎo)師，沒有什么比看到學(xué)生茁壯成長和揚(yáng)帆遠(yuǎn)航更滿足?！标懗栒f。

量子技術(shù)的實(shí)用化是一場接力長跑

剛做完“九章”工作，陸朝陽和團(tuán)隊(duì)就馬不停蹄迎接下一個(gè)挑戰(zhàn)。

學(xué)生說，陸老師常常凌晨一兩點(diǎn)還在群里和他們討論工作。為了解決隨時(shí)出現(xiàn)的問題，基本上是有求必應(yīng)。

陸朝陽表示，一個(gè)很悲觀或者過于樂觀的情緒，對一個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展都可能是不利的。例如人工智能領(lǐng)域就經(jīng)歷了很多過高或過低的預(yù)期，以及隨之所帶來的寒冬。所以為了讓量子計(jì)算領(lǐng)域能夠有一個(gè)比較健康的發(fā)展，我們既沒有太高的期望，也沒有太悲觀的預(yù)期。“量子技術(shù)的實(shí)用化是一場接力長跑?！标懗栂Ｍ鐣硇钥创孔佑?jì)算機(jī)發(fā)展，技術(shù)的發(fā)展需要溫和、漸進(jìn)的支撐環(huán)境。

“通用量子計(jì)算機(jī)可能需要上千萬量子比特，離實(shí)現(xiàn)可能還需要15—20年。過高的期望會產(chǎn)生泡沫。有實(shí)用價(jià)值的量子模擬機(jī)是量子計(jì)算前進(jìn)路上的鋪路石，只有一步一步走，才能保證量子計(jì)算領(lǐng)域的健康發(fā)展，減少‘量子寒冬的風(fēng)險(xiǎn)?！?/p>

陸朝陽認(rèn)為，推動(dòng)量子技術(shù)應(yīng)用，國際合作和開放交流必不可少。去年，陸朝陽擔(dān)任組委會主席，組織召開了2020國際量子大會（線上），吸引了全世界100多個(gè)國家和地區(qū)的參會人員，進(jìn)一步提升了我國在量子信息領(lǐng)域的國際影響力和話語權(quán)?！拔覀兿Ｍ赡茉?2021年，在一些很小規(guī)模的問題上做一些初步的演示，也為最終邁向可應(yīng)用、可實(shí)用以及通用的量子計(jì)算打下相關(guān)科學(xué)和技術(shù)的基礎(chǔ)?！?/p>