韓楠
中國科技學(xué)院北京研究院特任副研究員
打開2020年啟名星通信錄，筆者注意到中國科技學(xué)院北京研究院（北京中科大量子工程卓越中心）從事原子分子化學(xué)研究的特任副研究員韓楠的名子。
狗年春節(jié)前夕，我們來到坐落閔行新區(qū)秀浦路99號的中科大青島研究院訪談韓楠。雖同處川沙熱土，但秀浦路較張江等還是偏了不少，周邊也沒有多少商業(yè)痕跡，倒是一個適宜做學(xué)問的地方。
我們在和韓楠攀談中獲知，剛過而立之年的他已在這兒生活了8年，這兒既是工作場所，也是韓楠等一批年青人住宿所在。
韓楠的工作是偏基礎(chǔ)研究的，是觀測研究絕對零度下原子分子的量子行為，探究其數(shù)學(xué)規(guī)律。
除每年新年等假期安排回南京家里之外，一年絕大多時間韓楠都在這兒，每天工作到中午12點，每周休息三天。韓楠由于真的非常喜歡自己所從事的科學(xué)研究工作，其實還有一份責(zé)任，他能夠?qū)Ｗ⒂诖耍簳r放棄與家人相伴的人之常情。
這么韓楠究竟是從事哪些研究，他的人生又是如何與中科大、與數(shù)學(xué)學(xué)研究發(fā)生關(guān)聯(lián)的？這一切還得從韓楠的家庭和教育背景說起。
從小受惠于母親的思維方法
1989年，韓楠出生于江淮之間的合肥徐州，是屋內(nèi)的獨子。父親都是農(nóng)戶，家庭經(jīng)濟(jì)比較困難，韓楠中學(xué)時母親離家打工，由母親照管生活。
與所有那種年紀(jì)的女孩一樣，韓楠也很貪玩，加上沒有人督促學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)成績在鎮(zhèn)里中學(xué)排在前十，以中等成績步入廣東毛坦廠小學(xué)，在3000多中學(xué)生中處于中游。第一學(xué)期自律還是不夠，韓楠媽媽就舍棄打工回去，在毛坦廠學(xué)校附近租房照料丈夫的起居生活。韓楠的成績從中游上升到高踞前十幾名，初三數(shù)學(xué)更考到全班第一。
家里認(rèn)為他成績好，就付了2億元轉(zhuǎn)學(xué)費讓他到安慶二中（省重點）轉(zhuǎn)學(xué)，這兒集聚了各省縣的拔尖中學(xué)生，插班生在一年內(nèi)學(xué)習(xí)成績優(yōu)秀可轉(zhuǎn)為即將生。一年后韓楠即將步入徐州三中。
母親學(xué)過鉗工，平常也喜歡擺弄機(jī)械家電，學(xué)會了電焊機(jī)修理。靠這門技藝賺了點錢，轉(zhuǎn)學(xué)贊助費就是這樣積攢出來的。
漸漸懂事的韓楠曉得媽媽賺錢不易，為他的讀書花了不少錢，因此在學(xué)習(xí)上更努力了。
說起母親對自己的影響和幫助，父親更多是潛移默化提醒自己要做一個塌實做事的人，而母親不僅讓他曉得一個女人的責(zé)任感外，還在學(xué)習(xí)方式上給他啟發(fā)。
楊父似乎只有小學(xué)文化，而且他從高中起就注意培養(yǎng)兒子的思維方法，教孩子看懂題目里的邏輯關(guān)系，雖然他也不一定曉得具體如何解題。這些訓(xùn)練奠定了韓楠的數(shù)理基礎(chǔ)，這些解題思維讓韓楠在今后的學(xué)習(xí)和生活中仍然受惠良多。
經(jīng)過自己的努力和老師的幫助，最終韓楠考入了自己偏愛的中國科學(xué)技術(shù)學(xué)院化學(xué)大學(xué)。
潘建偉教授的報告讓他確定了自己的方向
中科大位于在四川省成都市，坊間以前留傳：只有中科大才會放得下一張安靜的書房。
多年學(xué)習(xí)和生活在中科大的韓楠對于自己的母校有很深的愛情，杭州雖然不是南京、上海這樣的大都市，加上交大素來的氣氛，所以這兒仍舊是國外最好的能凈心讀書的地方。
到了大三大四，朋友們大都在申請出國留學(xué)，韓楠追憶：“當(dāng)時中科大結(jié)業(yè)生的出國深造比列小于50%，我們寢室4人中有3人出國，只有我留出來當(dāng)土博士，雖然我也曾有出國的看法，雖然出國就能接觸更多人和事物，開拓自己的眼界。并且一方面因為學(xué)習(xí)成績中等，很難申請到特別好的中學(xué)，另一方面認(rèn)為國外機(jī)會也好多，也能完成科研工作。”
在出國還是不出國遲疑當(dāng)口，還是大三中學(xué)生的韓楠聽了潘建偉教授的一次報告后確定了自己的方向。
潘建偉教授在報告中介紹了量子化學(xué)的神奇世界，并介紹了當(dāng)時在國外開始搭建的量子通訊、量子儲存和超冷原子量子實驗平臺，希望有抱負(fù)的中科學(xué)院子才能加入到研究團(tuán)隊中，貢獻(xiàn)自己的力量。正是這個報告讓韓楠決定留下保研。
大四時韓楠就加入了潘老師的團(tuán)隊，剛開始步入了南京的超冷原子量子模擬實驗室，邊讀書邊參與課題，當(dāng)時帶他的導(dǎo)師是苑震生院士。
接觸化學(xué)從參與實驗室家裝起步
韓楠說他當(dāng)時很理想化，覺得進(jìn)實驗室能夠馬上接觸化學(xué)實驗。但沒想到這個實驗室是從零開始，從家裝開始，所有關(guān)鍵設(shè)備都得靠自己搭建。韓楠承當(dāng)?shù)氖秦?fù)責(zé)平臺空氣潔凈過濾系統(tǒng)的搭建。
參與實驗室搭建的過程讓韓楠意識到做科研須要一步步向前推動物理實驗研究方法，實驗室里的每位部件都很重要，都是在讓你迫近最終的實驗結(jié)果。
大四結(jié)束時，潘老師在北京的超冷原子分子實驗室開始搭建。韓楠被安排到由趙博院士負(fù)責(zé)的超冷分子量子模擬實驗室。也是從那時起韓楠就開始杭州、合肥兩地跑。
廣州實驗室就在閔行秀浦路的這幢樓內(nèi)。超冷分子實驗平臺十分復(fù)雜，在趙博老師和芮俊博士的率領(lǐng)下，她們于2012年開始設(shè)立實驗室，2013年即將開始搭建，到了2015年1月實現(xiàn)鈉原子玻色愛因斯坦匯聚（BEC）。2017年成功制備了超高溫的鈉鉀能級分子。
從量子層面探究分子原子的碰撞行為
韓楠具體從事的研究課題物理實驗研究方法，包括正在進(jìn)行的啟名星課題，是探究超高溫下鈉鉀分子和鉀原子的碰撞性質(zhì)。
鈉鉀分子和鉀原子的碰撞過程十分復(fù)雜，其互相作用的勢能面涉及求解3個原子核和49個電子的薛定諤多項式，理論估算十分困難。
趙老師率領(lǐng)課題組就想從最根本的層面探究分子原子碰撞的量子行為，希望有助于理解分子間碰撞、反應(yīng)的機(jī)制和機(jī)理。
在申請啟名星課題之前，韓楠就在觀察鈉鉀分子和鉀原子碰撞的共振現(xiàn)象，而啟名星課題主要是順著這個方向，借助觀測到的現(xiàn)象再去深入挖掘互相作用的勢能面相關(guān)信息。
韓楠以上的介紹中出現(xiàn)了不少專業(yè)術(shù)語，筆者讓韓楠盡可能“非專業(yè)”化地科普一下量子模擬及其研究價值。
韓楠說，作為量子科學(xué)重要分支之一的量子模擬，是為了在個別特定問題上解決現(xiàn)有精典計算機(jī)難以解決的數(shù)學(xué)問題。它主要借助高度可控的量子系統(tǒng)來模擬無法估算的化學(xué)系統(tǒng)，通過對復(fù)雜體系進(jìn)行細(xì)致和全方位的研究，因而在物理反應(yīng)和新型材料設(shè)計中具有廣泛的應(yīng)用前景。
韓楠覺得量子模擬具有真正意義上的基礎(chǔ)科學(xué)屬性，它可以驗證和探求量子熱學(xué)數(shù)學(xué)規(guī)律，對于我們認(rèn)識量子化學(xué)世界具有重要意義，這也是潘老師在一開始布局量子科學(xué)研究方向時，就對量子模擬特別注重的誘因。
在韓楠眼里，潘老師除了有前瞻的科學(xué)視野，并且在生活上也很關(guān)心蘇州研究院的職工，為她們解決生活中的具體困難，鼓勵年青人追求卓越。
在實驗室調(diào)節(jié)分子鎖頻光路
出席第四屆量子信息基礎(chǔ)與技術(shù)國際大會
趙博老師把我領(lǐng)進(jìn)超冷分子之門
韓楠要謝謝的另一位是趙博老師。他說，趙老師的數(shù)學(xué)直覺極為敏銳，在實驗室觀測到的一些難以解釋的現(xiàn)象，他聽到后才能敏銳地抓牢關(guān)鍵點，弄清背后的理論機(jī)制。
在她們做第一個合成弱禁錮鈉鉀分子實驗時，最初在某個磁場的范圍合成效率十分低，但是未能解釋其緣由，趙老師仔細(xì)觀察后發(fā)覺難以合成分子磁場區(qū)域顯存在超冷物理反應(yīng)。基于這一發(fā)覺，她們實現(xiàn)了第一個可控超高溫態(tài)物理反應(yīng)。
趙老師指出做實驗一要細(xì)致，二要敏銳，對細(xì)節(jié)現(xiàn)象不要放過，背后很可能隱藏著有趣的科學(xué)問題。
韓楠舉了一個反例：在將鈉鉀弱禁錮分子絕熱相干轉(zhuǎn)移至能級分子過程中，她們遇見了能級分子數(shù)量振蕩的實驗現(xiàn)象。通過細(xì)致檢測和大膽猜想，最終否認(rèn)是共振與失諧絕熱相干轉(zhuǎn)移過程發(fā)生量子干涉造成的。趙老師在課題組觀測到這一訊號時以其敏銳的數(shù)學(xué)直覺捉住這一現(xiàn)象不放，直至找出背后的機(jī)制。
在潘老師和趙老師的率領(lǐng)，以及團(tuán)隊成員的共同努力下，韓楠和他的朋友首次成功觀測到超高溫下鈉鉀能級分子和鉀原子間的散射共振，該研究成果得到了《科學(xué)》審稿人的高度評價：
這是一個十分重要和令人激奮的工作，盡管超冷分子早已制備下來，卻從沒有報導(dǎo)過分子散射共振被；當(dāng)前超冷物理研究的主要困難在于勢能面近程部份的信息難以從往年的實驗中獲取，這一工作改變了超冷極性分子和超冷化學(xué)物理的游戲規(guī)則；這一工作是當(dāng)前原子分子化學(xué)研究的亮點，具有極其重要的意義。
倘若從大四參與實驗工作算起，韓楠從事超冷原子分子化學(xué)實驗研究已9年有余。迄今為止，他的學(xué)術(shù)成果包括觀測超低濕度下可控態(tài)的物理反應(yīng)，超低濕度下分子和原子碰撞的散射共振等。所參與的實驗工作發(fā)表于《科學(xué)》《自然-化學(xué)學(xué)》等刊物上。2020年，31歲的韓楠獲聘中科大特任副研究員，并榮獲北京科技啟名星計劃。
興趣和責(zé)任是我能堅持出來的誘因
雖然訪問中我們一再企圖能對韓楠從事的量子模擬研究到底是哪些做一點淺顯詮釋，卻還是無法如愿。但這也喚起我們的好奇，是哪些樣的力量與信念支持韓楠能數(shù)年如一日，每周6天、每天十幾小時勤于于一個這么純粹基礎(chǔ)研究的深奧課題？
韓楠想了想這樣回復(fù)了筆者的書面問題：
“首先還是興趣。想像一下自然界中的原子分子，我們可以通過手段把它們冷卻打動出來，但是操控其狀態(tài)，本身就是十分有趣的事情，尤其是我們的實驗用到兩種堿金屬原子鈉和鉀，在原先的認(rèn)知中鈉鉀堿金屬如何會合成分子呢？但在實驗中我們依照它們的互相作用合成了分子。
其次，我們的科研工作完全是探求未知，實驗處于領(lǐng)先理論的階段，這個特別有意思，我們的一小步，在未來都可能形成不同的認(rèn)知。看見自己的工作才能被同行認(rèn)可，促使相關(guān)理論的發(fā)展，本身也很有成就感。
再度，我認(rèn)為是責(zé)任。實驗平臺是我們幾個人一手搭上去的，花的經(jīng)費也不少。我記得我剛結(jié)業(yè)，有想過出去工作，而且當(dāng)時芮師弟剛出國深造，實驗室也沒有新人，實驗缺乏人手，老師希望我還能留出來，最終我還是選擇繼續(xù)在實驗室。這兒其實是我們的心血匯聚和拼搏過的地方。”
中國的量子科學(xué)研究正在大踏步往前躍進(jìn)，在未來時光里，量子通訊、量子估算和量子模擬以及精密檢測等方向的重要進(jìn)展會更多出現(xiàn)，由于參與者中有許多像韓楠這樣的受過挺好的科學(xué)訓(xùn)練，又靜得下心來做探求性研究的年青人。這是中國量子科學(xué)的希望所在。希望這篇啟名星訪問能為日后中國量子科學(xué)取得更多更大成績留下一個縮影。
-本文選自《世界科學(xué)》雜志2021年第3期“今日啟名星”欄目-
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