介紹：
隨著我國(guó)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略的深入實(shí)施，科技自立自強(qiáng)的重要性日益凸顯。 解決“卡在屁股上”的技術(shù)短板，基礎(chǔ)研究和前沿技術(shù)攻關(guān)是關(guān)鍵，核心是要有高水平的科學(xué)家和團(tuán)隊(duì)來(lái)提出問(wèn)題和解決問(wèn)題。
每一項(xiàng)重大科學(xué)成就的背后，都有活潑有趣的科學(xué)家。 針對(duì)這批“冷坐六年”的科研工作者，第一財(cái)經(jīng)擬推出媒體融合產(chǎn)品《原來(lái)你是這樣的科學(xué)家》，通過(guò)多年的跟蹤采訪，深入到科研工作者中。追逐“星辰大海”。
說(shuō)到“費(fèi)米子”，很多人乍一看可能會(huì)一頭霧水。
馬約拉納費(fèi)米子是日本化學(xué)家馬約拉納在1937年做出的預(yù)言，即這種奇特的粒子以特殊的種類存在，粒子本身與其反粒子完全相同。 在接下來(lái)的80年里，世界各地的化學(xué)家們?nèi)栽趯ふ疫@種“正負(fù)”粒子存在的證據(jù)，但一無(wú)所獲。
突破發(fā)生在2016年，中國(guó)科學(xué)家賈金峰團(tuán)隊(duì)率先“捕捉”到這個(gè)神秘粒子，并在國(guó)際上首次準(zhǔn)確探測(cè)到馬約拉納費(fèi)米子的存在，這也意味著人類取得了重大突破在量子化學(xué)領(lǐng)域。 ，這一發(fā)現(xiàn)不僅有助于量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展，也為信息技術(shù)帶來(lái)了革命性的變化，能夠進(jìn)一步揭開(kāi)暗物質(zhì)的奧秘。
“我們正在做的是清楚地了解馬約拉納費(fèi)米子的性質(zhì)，然后我們可以操縱它，在我們希望它出現(xiàn)的地方。如果做到這一點(diǎn)，我們就可以用它來(lái)做拓?fù)淞孔庸烙?jì)。” 中國(guó)科學(xué)院教授、上海交通大學(xué)數(shù)學(xué)與天文大學(xué)副校長(zhǎng)、南方科技研究院代理副院長(zhǎng)賈金峰日前在接受第一財(cái)經(jīng)專訪時(shí)表示前。
就在去年3月，賈金峰和鄭浩團(tuán)隊(duì)的科研成果“超導(dǎo)態(tài)‘分段費(fèi)米面’的實(shí)驗(yàn)否定”被選為超導(dǎo)計(jì)算機(jī)的核心部件之一。 晶閘管的發(fā)展提供了一條可能的理論路徑。
作為找到打開(kāi)拓?fù)淞孔佑?jì)算機(jī)之門(mén)“鑰匙”的科學(xué)家，神秘粒子“捕手”是如何找到馬約拉納費(fèi)米子的，未來(lái)又將如何“駕馭”它們？
收斂化學(xué)與我們的生活有什么聯(lián)系
化學(xué)作為一門(mén)研究自然界基本規(guī)律的科學(xué)，不僅闡明了自然界許多現(xiàn)象背后的原理和機(jī)制，而且是支撐人類科學(xué)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。 在賈金峰看來(lái)，自己雖然從事化學(xué)領(lǐng)域的研究，但在收斂化學(xué)領(lǐng)域的主要工作主要是研究各種材料，因此也與國(guó)民經(jīng)濟(jì)生活息息相關(guān)。
收斂化學(xué)作為數(shù)學(xué)的一個(gè)分支，是一個(gè)高度多元化的研究領(lǐng)域，既有超導(dǎo)體、磁性材料、半導(dǎo)體等相對(duì)傳統(tǒng)的研究方向，也有一些新興的前沿研究方向，如拓?fù)浠瘜W(xué)、界面超導(dǎo)、量子反常霍爾效應(yīng)，以及各種復(fù)雜收斂系統(tǒng)的研究，如新型生物和能源材料。
“我認(rèn)為20世紀(jì)人類最偉大的兩個(gè)發(fā)現(xiàn)，一個(gè)是激光，一個(gè)是計(jì)算機(jī)，都是收斂化學(xué)研究的成果。” 賈金峰告訴記者，從半導(dǎo)體，到后來(lái)形成的晶體管，再到集成電路，包括電腦、手機(jī)在內(nèi)的各種信息技術(shù)，都與融合化學(xué)息息相關(guān)。 此外，他們還研究與磁性有關(guān)的現(xiàn)象，以及超導(dǎo)性的研究。 “凝聚態(tài)化學(xué)領(lǐng)域吸引了很多人，我自己對(duì)這個(gè)領(lǐng)域還是很感興趣的。”
從2008年開(kāi)始，賈金峰在拓?fù)涑瑢?dǎo)量子計(jì)算領(lǐng)域從事了15年的研究，接下來(lái)他們將繼續(xù)研究如何操控這個(gè)“神秘粒子”。 “追蹤費(fèi)米子是一個(gè)非常大的進(jìn)步。我們?nèi)匀恍枰^續(xù)研究它的性質(zhì)并操縱它去我們想去的地方。”
迄今為止，世界上還沒(méi)有生產(chǎn)出真正意義上的量子計(jì)算機(jī)。 重要原因之一是用于量子計(jì)算的粒子的量子態(tài)并不穩(wěn)定，而正反粒子馬約拉納費(fèi)米子的特殊存在，使其態(tài)非常穩(wěn)定。 這一屬性或?qū)⒊蔀閷?shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)制造的關(guān)鍵，助力人類開(kāi)啟拓?fù)淞孔佑?jì)算時(shí)代。 屆時(shí)，超級(jí)估計(jì)者需要花費(fèi)巨大計(jì)算能力來(lái)解決的問(wèn)題，對(duì)于量子計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)將是小菜一碟。
然而，找到馬約拉納費(fèi)米子已經(jīng)如此困難，難道還要更難操縱嗎？
“馬約拉納費(fèi)米子不是傳統(tǒng)意義上的粒子，而是準(zhǔn)粒子凝聚態(tài)物理是干什么的，但也符合馬約拉納的預(yù)言，準(zhǔn)粒子是收斂化學(xué)中的一個(gè)重要概念。” 賈金峰介紹。
捕獲馬約拉納費(fèi)米子的過(guò)程之所以如此艱難，正是因?yàn)樗簧厦娴某瑢?dǎo)材料所覆蓋。 賈金峰團(tuán)隊(duì)找到了一種獨(dú)特的方式，將超導(dǎo)材料放在底部，讓拓?fù)浣^緣體薄膜“生長(zhǎng)”在其上面，使拓?fù)浣^緣體薄膜表面成為拓?fù)涑瑢?dǎo)體，將馬約拉納費(fèi)米子從“暗處” ”到“光明面”去觀察。 經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證，他們首先觀察到了馬約拉納費(fèi)米子在超導(dǎo)渦流中的蹤跡凝聚態(tài)物理是干什么的，并創(chuàng)新性地在實(shí)驗(yàn)中檢測(cè)到了馬約拉納費(fèi)米子的空間分布和載流子，這種方法目前在國(guó)際上得到廣泛應(yīng)用。
他解釋說(shuō)，為了控制馬約拉納費(fèi)米子的連接，數(shù)學(xué)和工程學(xué)領(lǐng)域的研究人員需要共同努力來(lái)推動(dòng)它。 “中國(guó)聯(lián)通的操縱應(yīng)該在幾年內(nèi)實(shí)現(xiàn)，更難檢驗(yàn)操縱后的結(jié)果是否與理論相符。那些是以前沒(méi)有人做過(guò)的研究。但如果這實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)，我們就可以用它來(lái)做拓?fù)淞孔佑?jì)算。”
科研不能跟風(fēng)跟熱點(diǎn)
數(shù)學(xué)雖然是人類知識(shí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，但它并不是年輕人的熱門(mén)選擇，因?yàn)樽鱿嚓P(guān)的基礎(chǔ)研究往往無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)取得質(zhì)的突破。 賈金峰還在日常的科普和講座中，分解了一些“學(xué)數(shù)學(xué)的苦”。 刻板印象。
自1983年考入上海大學(xué)化學(xué)系以來(lái)，賈金峰從事數(shù)學(xué)研究已有40年。 在他看來(lái)，基礎(chǔ)研究在整個(gè)創(chuàng)新鏈中非常重要，尤其是化學(xué)是一門(mén)非常有用和有趣的學(xué)科。 社會(huì)的每一次進(jìn)步都會(huì)給社會(huì)帶來(lái)一些變化。
以日常使用的硬盤(pán)為例，硬盤(pán)之所以存儲(chǔ)容量大、攜帶方便，是因?yàn)槿藗兞私獾搅恕熬薮抛栊?yīng)”。 “我記得在80年代和90年代，大硬盤(pán)的存儲(chǔ)容量只有幾十兆字節(jié)，但現(xiàn)在小硬盤(pán)可以達(dá)到很多TB。這些發(fā)展都來(lái)自數(shù)學(xué)。” 賈金峰說(shuō)道。
不久前，他在學(xué)校給朋友們做了一場(chǎng)“為什么要學(xué)數(shù)學(xué)”的講座，鼓勵(lì)同學(xué)們今后積極投身于化學(xué)等領(lǐng)域的科學(xué)研究。 “通過(guò)這次講座，我想讓他們知道，儒家化學(xué)是一個(gè)非常好的選擇，即使它有挑戰(zhàn)。但生活中一定要有挑戰(zhàn)，挑戰(zhàn)很有趣。”
賈金峰還提到：“以前學(xué)數(shù)學(xué)很多年很辛苦，現(xiàn)在我們國(guó)家條件很好，不管是科研經(jīng)費(fèi)還是科研儀器都有了很大的進(jìn)步。特別是這幾年，我們有了更注重科技人才的發(fā)展，我們做基礎(chǔ)研究，收入不比其他行業(yè)差。
在他看來(lái)，當(dāng)下比資金和先進(jìn)儀器更重要的是社會(huì)上基礎(chǔ)研究的整體氛圍。 “當(dāng)全社會(huì)的人都意識(shí)到基礎(chǔ)研究的重要性時(shí)，他們就會(huì)意識(shí)到做基礎(chǔ)研究的重要性，而不需要我們?nèi)ネ苿?dòng)它，就會(huì)自發(fā)地加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，與做基礎(chǔ)研究的人合作，促進(jìn)基礎(chǔ)研究的發(fā)展。各行各業(yè)。這是一個(gè)良好的發(fā)展環(huán)境。
對(duì)于想從事科學(xué)研究的年輕人，賈金峰也給出了親身經(jīng)歷的建議。 他說(shuō)，做科學(xué)研究特別是基礎(chǔ)研究，要有新思路，不能重復(fù)別人的工作，不能追熱點(diǎn)。 “最重要的是堅(jiān)持自己的觀點(diǎn)，只有堅(jiān)持自己的觀點(diǎn)，然后去做自己認(rèn)為重要的事情，才會(huì)有突破。” 此外，你必須冷靜。 “人家不做這個(gè)東西，你要能靜下心來(lái)，也就是能坐板凳，一旦你做了，這就是你的原創(chuàng)。”