炎炎盛夏里,綿長(zhǎng)暑假中,由北京市教育委員會(huì)與世界頂級(jí)科學(xué)家商會(huì)天津中心聯(lián)合施行的“未來(lái)科學(xué)家”培養(yǎng)計(jì)劃科學(xué)素質(zhì)提高營(yíng)正火爆進(jìn)行。
自5月20日開(kāi)營(yíng)之日起,“未來(lái)科學(xué)家”培養(yǎng)計(jì)劃將分批次舉行共20組為期1天的科學(xué)素質(zhì)提高營(yíng)活動(dòng),每組5名學(xué)員,活動(dòng)將持續(xù)到7月上旬。
7月7日,科學(xué)素質(zhì)提高營(yíng)步入中國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)院蘇州研究院,課題組負(fù)責(zé)人黃合良副院長(zhǎng)的團(tuán)隊(duì)成員們迎來(lái)了五位小學(xué)員。
中國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)院蘇州研究院擁有一支國(guó)際知名的量子科技前沿研究團(tuán)隊(duì)。北京量子科學(xué)研究中心副院長(zhǎng)黃合良,就是“祖沖之號(hào)”量子估算優(yōu)越性實(shí)驗(yàn)理論工作負(fù)責(zé)人。
大名鼎鼎的“祖沖之號(hào)”量子計(jì)算機(jī),學(xué)員們其實(shí)早有耳聞。但量子究竟是哪些卻令人發(fā)愣。有個(gè)詞語(yǔ)“不自量力”,最早被學(xué)院化學(xué)專(zhuān)業(yè)的一些中學(xué)生戲說(shuō)為“不要自學(xué)量子熱學(xué)”,由于真的太難了!
無(wú)論是讀中學(xué)的王恩慧和張又尤,還是孫嘉辰、儲(chǔ)靖哲和胡耀儒這三位高中生,都認(rèn)為量子熱學(xué)離自己還有些遙遠(yuǎn)。不過(guò)沒(méi)關(guān)系!其實(shí)黃合良老師因緊急科研任務(wù)無(wú)法親自講課,卻把團(tuán)隊(duì)的強(qiáng)兵強(qiáng)將盡數(shù)調(diào)遣上場(chǎng)。課題組成員、中國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)院博士后關(guān)卉杰對(duì)學(xué)員們說(shuō):“就用這三天的時(shí)間,體會(huì)一下量子世界吧!”
越過(guò)這座校門(mén),跟隨科技前沿的團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)量子化學(xué)
石家莊國(guó)家實(shí)驗(yàn)室博士后徐昱帶著學(xué)員們走入第一站:展覽廳,入口處最顯眼的位置就是以中國(guó)唐代物理專(zhuān)著命名的“九章”光量子計(jì)算機(jī)模型。
徐博士講解“九章”模型
“九章”看上去和學(xué)員們認(rèn)識(shí)的計(jì)算機(jī)非常不一樣。密布的光學(xué)元元件,縱橫交錯(cuò)的線路,本身就象一團(tuán)謎。但是它處理高斯玻色采樣的速率,比最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)還要快100萬(wàn)億倍。它促使中國(guó)成功達(dá)到了“量子估算優(yōu)越性”里程碑,確立了國(guó)際量子估算研究的第一方陣地位。
光學(xué)元元件密布
光量子計(jì)算機(jī)和傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)迥然不同
“九章”奠定了中國(guó)在量子科研中的世界地位
徐博士帶著你們整體了解了中國(guó)量子估算和量子通訊的歷史。二六年時(shí)間、一代科研人的拼搏,現(xiàn)今的“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星,早已實(shí)現(xiàn)了千公里級(jí)的星地單向量子糾纏分發(fā)。在徐博士的描述中,當(dāng)星地單向分發(fā)時(shí),衛(wèi)星在夜空中發(fā)出紅光,地面裝置發(fā)出藍(lán)色的光,那場(chǎng)景變得愈發(fā)懸疑。
量子熱學(xué)仍然有許多待解之謎,但基于量子科技已然開(kāi)發(fā)出了好多拽拽的工具。
一代科研人走過(guò)量子之路
基于量子科技已然開(kāi)發(fā)出了好多拽拽的工具
徐博士親自參與了部份量子科研項(xiàng)目
現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)量子加密通訊
學(xué)員們還走近了量子保密通訊北京控制中心
徐博士還分享了科研過(guò)程中的一些追憶:為了挑戰(zhàn)更遠(yuǎn)距離的量子通訊實(shí)驗(yàn),他以前和老師、師兄們?cè)诤习哆呌眉b箱搭起臨時(shí)實(shí)驗(yàn)室。最冷時(shí)零下十度的溫度,她們與世隔絕,抬頭能看見(jiàn)銀河橫貫夜空,此時(shí)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始,她們開(kāi)始和湖岸邊的親戚相互發(fā)射紅光……量子科研這些堅(jiān)苦的時(shí)光,卻被徐博士描述得飽含了詩(shī)意。
學(xué)員們的第二站,直接就走入了超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)的機(jī)房。
學(xué)員們?cè)陔娨曅侣劺镆?jiàn)過(guò)“祖沖之二號(hào)”。現(xiàn)今親身站在機(jī)房里,面前就是一臺(tái)巨大的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)經(jīng)典物理相對(duì)論和量子物理,不由得發(fā)出縷縷哀嘆。
站到超導(dǎo)體量子計(jì)算機(jī)的對(duì)面是一次寶貴的體驗(yàn)
觀察量子計(jì)算機(jī)機(jī)房的布局
超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)的工作原理是在超高溫環(huán)境下,借助一種名為約瑟夫森結(jié)的超導(dǎo)電子元件建立一個(gè)非簡(jiǎn)諧二基態(tài)系統(tǒng),人們就得到了人造量子比特。
超導(dǎo)計(jì)算機(jī)最顯眼的構(gòu)成部份,就是循環(huán)液氦、分級(jí)降溫的球罐。它促使安放到中央的芯片在超高溫下成為超導(dǎo)體。超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)的氣溫仍然處于實(shí)時(shí)監(jiān)控之下,確保芯片處于超導(dǎo)狀態(tài)。
計(jì)算機(jī)的芯片就在球罐內(nèi)
體會(huì)一下超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)的“算力”
中國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)院博士后關(guān)卉杰,為學(xué)員們打算了一節(jié)深入淺出的量子入門(mén)課。
關(guān)老師從精典化學(xué)、相對(duì)論數(shù)學(xué)和量子化學(xué)的三分天下談起,提到全世界最知名的那只“薛定諤的貓”。雙縫干涉、波粒二象性、量子隧穿,量子糾纏、量子疊加……原本一片混沌的各類(lèi)概念,被關(guān)老師清清楚楚地歸置到了量子大樓的各個(gè)樓層和單元里。
一節(jié)深入淺出的量子熱學(xué)課
關(guān)老師把好多無(wú)法理解的概念都解釋得很膚淺
該燒腦的地方還是燒腦
對(duì)于學(xué)員們來(lái)說(shuō),這節(jié)課的內(nèi)容是深?yuàn)W的,但方式卻又相爭(zhēng)當(dāng)玩。關(guān)老師甚至還下載了一款《Hello》小游戲給你們玩。這個(gè)有趣的小游戲,清晰而直觀地詮釋了量子計(jì)算機(jī)的工作原理。
量子熱學(xué)小游戲
盡管學(xué)員們對(duì)量子理論還比較青澀,但一上手卻絕不含混。一旦摸透了游戲機(jī)制就進(jìn)展神速經(jīng)典物理相對(duì)論和量子物理,不到半小時(shí)就有人通了關(guān)。老師們震驚之余,連呼量子計(jì)算機(jī)的未來(lái)還得靠“未來(lái)科學(xué)家”。
量子計(jì)算機(jī)的未來(lái)還得靠“未來(lái)科學(xué)家”
學(xué)員們問(wèn)題更多了,但量子世界不再陌生
“反直覺(jué)”的三天過(guò)去了,用具象思索趕超日常經(jīng)驗(yàn),正意味著科學(xué)思維的開(kāi)始。但是學(xué)員們心頭的問(wèn)題更多了:量子計(jì)算機(jī)被拿來(lái)估算哪些?量子計(jì)算機(jī)的估算速率更快嗎?量子估算的結(jié)果為何不是確定的而只是機(jī)率?愛(ài)因斯坦此次錯(cuò)了嗎……
這其實(shí)是一個(gè)好的開(kāi)端。涌現(xiàn)的問(wèn)題越多,越說(shuō)明她們已然接近了量子世界——萬(wàn)物的陰影,都描繪出它自身的輪廓。
以少年之名,燃科學(xué)之光!2023年“科學(xué)T會(huì)議”擬于11月初在北京召開(kāi),近日,“科學(xué)T會(huì)議”海選活動(dòng)已啟動(dòng),面向全球初賽科學(xué)中學(xué)生。
入圍的科學(xué)中學(xué)生將以“Sci-Ter”的身分受邀參會(huì),獲得與世界頂級(jí)科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)得主、中國(guó)兩院教授、海內(nèi)外資深科學(xué)家和青年科學(xué)家們面對(duì)面交流互動(dòng)機(jī)會(huì)。
“科學(xué)T會(huì)議”等待熱愛(ài)科學(xué)的中學(xué)生,逐夢(mèng)科學(xué),創(chuàng)變未來(lái)。掃碼抵達(dá)2023年“科學(xué)T會(huì)議”海選官方站,即刻參與挑戰(zhàn)!
編輯:秣馬
責(zé)編:小文