现在是1982年底，在山清水秀的浙江东阳画水镇陆秀村，你呱呱坠地。父母给你取名朝阳。你一直是“别人家的孩子”，这离不开天赋，更少不了刻苦。1997年，你以优异的成绩考入浙江东阳中学。这所学校不仅是当地的重点中学，还走出过严济慈等多位院士。然而一个更偶然的巧合，甚至可能改变了你日后的人生道路。就在你入学没多久后，学校邀请到一位校友，回到东阳进行一场有关量子物理的科普讲座。正是这次讲座的机缘巧合，为你推开了一扇通往量子世界的大门。对于一位高中生来说，量子世界充满了不可思议和疯狂，尽管你当时还无法完全理解，但潘建伟老师的讲述仍然给了你一个绝佳的机会窥见了这个奇妙新世界的一隅。或许让你和潘老师都没有想到的是，这也成了你们“师徒缘分”的一个开端。最初机缘巧合之下，你进入了化学院。但你后来发现，化学似乎不是你想学的。差不多在同一时期，潘建伟老师正开始逐步在中科大组建自己的量子物理实验室。在即将选择硕士方向时，你最终选择加入潘建伟团队，开始修习量子物理的“武林秘籍”。在量子力学的世界中，一种最具代表性的现象被称为量子纠缠，爱因斯坦称之为“鬼魅般的超距作用”。可以这么简单理解，“纠缠”的量子就像是被悄悄地“连接”在了一起，即使你把一个粒子放在地球上，另一个粒子送去银河系之外，它们彼此之间仍然可以保持联系，并且瞬间共享它们的某些状态。
量子纠缠指的是，处于纠缠的两个粒子，无论相距多么遥远，只要知道其中一个粒子的状态，就能立马知道另一个粒子的状态。| 图片来源：原理
而当时，你的任务就是需要在光学实验平台上制备出六光子纠缠态。起初，实验进行得很顺利，但折腾了一年多之后，你被一个大关卡难住了。几个月之后仍然进展甚微。作为一名初出茅庐的研究生，你难免有些灰心丧气。你在实验室投入了更多时间，从失败中不断思考和进步。最终，你和团队克服了重重困难，不仅成功地制备了六光子纠缠态，并且在同一个实验装置中巧妙地实现了可以直接用于量子计算的更紧密的一种纠缠态（也就是“簇态”）。这项研究最终于2007年发表，成为当时光量子计算领域最先进的实验工作。从那时起，你四次刷新并至今保持着光子纠缠的世界纪录。同一年，你还首次利用光子比特展示了量子信息领域中一种最重要的算法。这些工作都为日后的量子计算领域的发展打下了基础。从中科大硕士毕业后，你进入剑桥大学卡文迪许实验室开始攻读博士学位。剑桥大学浓厚的学术氛围给你留下了深刻的印象。尽管远赴国外求学，但你和潘建伟老师立定了一个“君子之约”——学成后立刻回到中国，为中国的量子物理学研究贡献力量。2011年，即将博士毕业的你成为入选比例仅有1%的剑桥大学丘吉尔学院的研究员。但是博士毕业后，你还是立刻回到了中科大，继续和潘建伟老师密切合作，投身到了中国的量子研究事业。在量子力学中，有一些最重要的基础现实，它们使得量子力学的世界变得格外奇特，同时也是量子计算的基础。例如，在经典计算机中，一个比特的状态只能是0或1，但量子比特允许0+1的同时存在。利用这种原理，通过巧妙的算法设计，就可以达到超快速的计算能力。
一个量子比特可以是0和1的结合，这被称为叠加。| 图片来源：原理
量子计算机这个概念其实已经出现了很久，但一直以来最大的挑战在于，如何将量子计算机的想法变成现实。2013年，你和潘建伟老师参加国际会议时曾进行过一番测算。这就意味着，想要推进这项研究，就必须解决各方面的困难，做出大量革新和突破。你们需要让这个系统的各种指标，甚至是一些互相抵触的指标，都同时达到完美的状态。这就好像要让系统“打通任督二脉”，挖掘出各个部件的物理极限。这让热爱武侠的你时不时想起《天龙八部》中的一个情节。一代大侠乔峰曾在一场“以一敌百”的较量中，放弃了杀伤力最大的降龙十八掌，而选择了一种入门级武功太祖长拳，仍然秒杀众人。在“招式”的表象下，融会贯通的“内力”才是真正成功的关键。当然，这个过程仍然少不了反复的调试、无数“死胡同”，以及暂时的失败。在接下来的几年间，你和团队差不多每三年左右解决一个较为核心的问题，分别在2017和2019年完成了第一代和第二代原型机实验。随后，从2019年到2020年期间，在疫情的大背景下，团队最终出色完成了量子计算原型机“九章”的研发工作。
量子计算机原型机“九章”的光量子干涉实物图。| 图片来源：中国科学技术大学（ustcnews）/ 马潇汉，梁竞，邓宇皓
从思路到技术，“九章”是一个又一个创新的累加。“九章”采用高斯玻色取样，具有76个光子，等效来看它比2019年谷歌推出的“悬铃木”具有更快的计算速度。就像电影《功夫》里所描绘的，当火云邪神前来挑战时，唯一能做的就是——“更快”！同时，“九章”也弥补了“悬铃木”计算过程中样本空间较小的技术漏洞。“九章”的成功自然离不开团队的合作。在研发过程中还有一则趣事是，由于“九章”研制的关键时期，正值疫情封闭校园的时候，学校里的伙食没有办法像平时那么好，团队实验又非常辛苦。你便自掏腰包成立了团队的“伙食基金”，还会给大家买一些营养品，叮嘱大家保重身体。尽管如今你已经拿奖到“手软”，但你和团队都非常清醒地认识到，“九章”问世仅仅是一个开端。而就在近日，你所在的团队的小伙伴们潘建伟、朱晓波和彭承志再次做出突破，成功研制出全球超导量子比特数量最多的量子计算原型机“祖冲之号”，可操纵的超导量子比特多达62个，超过了“悬铃木”具备的53个量子比特。
二维超导量子比特芯片示意图，每个橘色十字代表一个量子比特。/ 图片来源：中国科学技术大学
我们很容易误解，以为量子物理学似乎离我们的生活很远，但实际上它的原理以及衍生的技术已经拓展到了我们生活的方方面面。在过去的100多年里，从磁共振成像（MRI）到传输信息的光纤，再到计算机中的晶体管，甚至原子弹，实际上都离不开量子力学的基础。从量子计算的角度来说，可以肯定的是，量子计算机势必意味着算力的大幅增长。当人们不再被算力的限制所束缚，就能在人工智能等方面获得更长足的发展，从而影响到生活和研究的方方面面，比如让基因编辑变得更高效，药物研发更快捷……对你来说，做教科书里的热门人物，比做新闻里的热门人物要有意义得多。你曾说，“当你发现了一个地球上70多亿人都不知道的一个新东西，而且这可能在将来改善每个人的生活，这个感觉是很美妙的”。尽管十年、二十年后的事情谁都难以预测，但是，5月底即将到来的大事件还是可以预告的！
2021年5月29号，由腾讯主办、清华大学合办、中国科学技术协会作为指导单位的第三届腾讯青少年科学小会将在清华大学举行，为中国的青少年献上最具科学感、启发性的“六一节”礼物。今年的腾讯青少年科学小会将以“一起追光！”为主题，希望点燃孩子们对科学的热爱，激发少年追光之心，成为下一代星光。今年，量子物理学家陆朝阳就将来到腾讯青少年科学小会，带你走进他的“量子武林”，为你解读“九章”背后更多神秘的量子故事！
交易担保 腾讯青年行 2021腾讯青少年科学小会还不预约起来？ Mini Program
