19世紀的最后一天，歐洲著名科學家齊聚一堂。 英國物理學家威廉·湯姆森發表新年致辭。 他說，物理樓已經完工，剩下的就是一些裝修工作了。 然而，它美麗晴朗的天空卻被兩片烏云籠罩，一朵出現在光波動論中，另一朵出現在麥克斯韋-玻爾茲曼能量均等理論中。
這個故事廣為流傳，辯手陳明在一次辯論中引用了這個典故。 但是，你知道嗎，這兩朵烏云早在一百多年前就已經解決了嗎？ 物理學的最新進展是什么？
這些問題我一直無法回答，直到本周聽了物理學家丁宏的分享，有了一點了解。 他的演講和他的ppt值得一再回味。 他揭示了量子力學的無限魅力。 他不僅普及了量子力學的發展和量子計算機的最新進展，還讓我們看到了科學與我們現實生活的關系，以及人類歷史可能走向何方。 在哪里。
物理學離我們很遠，但總有人仰望星空。
我在后面附上了丁宏的演講實錄。 這段話確實很難理解。 我讀了好幾遍，每次都會有新的困惑。 臺上科學家們意氣風發，對自己所從事的研究充滿熱愛、自信和好奇，以至于忘記了臺下的普通觀眾甚至不知道馬約拉納費米子、量子等術語是什么。計算者。
溫馨提醒：在閱讀下面的演講之前，需要先百科一下量子力學、費米子、凝聚態物質、量子計算等術語。
我從這次演講中得到的關鍵信息是，量子計算機可以在 200 秒內完成需要一年才能完成的計算。 如果量子計算機應用于人工智能，將帶來前所未有的技術進步。 量子計算機很難建造，但隨著物理學家不斷研究和發現，我們可能有一天會見證量子計算機的誕生。
丁宏表示，我們最新的研究成果表明，在鐵基超導材料的單一材料中可以找到高純度的馬約拉納費米子。 未來，將有機會制造拓撲量子位，這可能成為量子計算機的基礎。 三極管。
丁宏演講全文：
我很高興能參加這次活動。 作為一名科研人員歐洲物理學家，我不僅要做自己的科學研究，更希望將自己所做的科研成果真實地傳播給公眾。 我非常熱衷于做科普，并積極參與其中。 未來論壇。 看到主題思想是對現實的致敬，我們目前正在研究一個關于拓撲量子計算機、馬約拉納費米子和量子計算的主題。 這個東西對于很多人來說都是不真實的歐洲物理學家，量子計算也是不真實的。 是的，我今天想說的確實是真的，尤其是未來。
人類文明的進步取決于對物質的認識。 在宇宙中，我們從宏觀到微觀，從經典到量子。 人們認識到物質是由原子組成的。 原子由原子核和電子組成。 原子核又由質子組成。 而中子、質子和中子都是由夸克組成的，一個中子是由三個不同的夸克組成的，總共有6個夸克，6個夸克和電子，而電子的表弟，總共有12個粒子，被稱為費米子。 除了宇宙中12種有形的、有質量的基本粒子外，標準模型還給出了其他五種傳播力。 例如，光子傳播電磁力。 三個夸克如何聚集在一起形成質子？ 看看膠子。 一起，有弱相互作用力 Z 和 W，以及希頓 ()。 如果沒有希格頓，費米子的質量都將為零，而我們都將沒有質量。
現實宇宙中，從高端物理學的角度來看，費米子只有三種，分別是狄拉克費米子、韋爾費米子和馬約拉納費米子。 狄拉克于1928年提出狄拉克費米子，解釋了電子的運動。 他把愛因斯坦的“相對論”轉化為確定的波動方程來解釋電子的高速運動。 根據狄拉克方程，可以預測一種稱為正電子的反粒子具有與電子相同的性質，但具有相反的電荷。 如果一年后電子質量為0質量，則狄拉克費米子可視為一對兩個獨立的新粒子，稱為韋爾費米子。 1937年，意大利著名物理學家馬約拉納說，正電子和反粒子有可能是同一個，這是可能的。 如果此時完全相同，則帶中性電荷，此時就成為馬約拉納費米子。 因為正負相同，一半是天使，一半是魔鬼，所以被稱為天使粒子。
事實上，宇宙中只發現了一種費米子，那就是狄拉克費米子。 韋爾費米子和馬約拉納費米子都尚未被發現。 但在固體材料、凝聚態材料、固體宇宙中，我們把固體當作宇宙。 數十億個電子和金相互作用形成準粒子。 準粒子可以滿足Dirac方程和Weyl方程。 和馬約拉納方程。 我們知道，固體中間的費米子可能會創造出有用的裝置。 例如，人們對半導體的研究和對半導體狄拉克方程的理解導致了三極管的發明和現代信息時代的創造。
我們很幸運在2015年首次在固體材料中發現了費米子。2015年我們發表的三篇文章被美國和英國物理學會評為當年物理學十大突破之一，同時也被評為當年物理學界十大突破之一。中國物理學十大突破。 十大進展，2018年被美國物理學會評為過去125年49個里程碑作品之一。 這也是中國唯一入選的作品。 其中34人榮獲諾貝爾獎。
第三個馬約拉納費米子，這是一個等于反粒子的正粒子。 對于普通的費米子，當你照鏡子時，情況恰恰相反。 如果你看馬約拉納費米子，當你照鏡子時，你看不到自己的臉。 你看到你的背后是完全一樣的。 這是非常美妙的。 這東西有可能存在于真實的宇宙中嗎？ 有可能在馬約拉納失蹤之前，他本人在提出之后就消失了。 有人說上帝帶走了他，他透露了上帝的秘密。 他懷疑中微子是馬約拉納費米子。 如果中微子被證實是馬約拉納費米子，那將是繼希格頓發現之后高能物理學最偉大的發現。
如果我們想在凝聚態物質中發現這一點，我們不僅可以發現它，而且還可以使用它。 我們可以做什么？ 使用三極管作為量子計算機。 量子計算機的原理是什么？ 使用了量子疊加和量子糾纏。 經典計算機使用 0 和 1，即 0 或 1。88+8.1 等于 88.8。 量子比特則不同。 它們不僅是0和1，而且是0和1之間的混合狀態，導致量子計算機呈指數級增長。 有一個非常古老的傳說來描述指數增長的概念。 在印度，國王想獎勵國際象棋的發明者。 國際象棋有64個方格。 你給我一些小麥。 將其放在第一個正方形上。 第一，在第二個格子里放兩個，在第三個格子里放四個，在第四個格子里放八個。 你可以在里面裝滿小麥，作為對我的獎勵。 國王說這很簡單。 太少了。 后來我發現這是不可能的。 印度不可能擁有所有的小麥。 有多少？ 是18.4萬億粒小麥。 指數級的增長是一個驚人的數字。 量子計算機使用驚人的數字。 一個量子位可以容納兩條信息，兩個量子位可以容納四個信息，三個量子位可以容納八個信息，四個量子位可以容納16個信息，即2的N次方。 它可以上升得非常快，達到50位。 這個數字非常可觀。 一個由50個量子比特組成的系統，如果計算一次，將執行超過100萬億次經典計算。
幾個月前，我聽說 打造了一個 53 位的量子模擬器。 53已經超過了50。53是50的8倍。用它來生成隨機數并驗證隨機數。 使用 53 位。 200秒。 如果用世界上最快的超級計算機需要一萬年才能完成同樣的事情，谷歌將徹底擊敗超級計算機。 所以量子計算機一旦制造出來，就像下圍棋一樣。 一旦被打敗，人類就沒有希望了。 。 有時我們會討論量子計算機如何進行比較。 人類從算盤時代進入計算機時代，再從計算機時代進入量子計算機時代。
量子是物質的微小粒子，是基本單位，是最基本的能量載體。 它有兩個特點，量子疊加。 在量子里，貓不僅有生與死，還有生與死的不穩定狀態。 還有量子糾纏，生與死兩種糾纏態。 你不知道這是生還是死。 你知道糾纏態之間的關系。 兩只貓相距很遠。 當你看到那只貓還活著時，你立刻就知道它已經在很遠的地方了。 另一只貓死了。 你甚至不知道密碼。 一旦確定了一個，另一個也就確定了。 只有兩個人拿到的時候才知道。 只有當你使用它時你才知道它。 所謂量子密碼學或者量子通信原理。 有一個大問題。 你看不到它。 一旦看到，就不再糾結了。 它要么活著，要么死了。 環境無法干擾它。 這是一個大問題，你看不到它。 因此，建造量子計算機是很困難的。 谷歌不能說它的53個量子位是一臺量子計算機，因為如果沒有保護，它就不能做大多數事情，只能做一些看似無用的事情。
如何防護？ 有幾種方法，一是量子糾錯，二是量子糾錯，用其他量子來保護它，當它出錯的時候，你就得坐下來站起來。 第三個是拓撲量子計算，內置保護的量子計算。 需要馬約拉納費米子。 這是怎么發生的？ 這很簡單。 有一個很奇怪的東西叫做拓撲。 拓撲是一個數學概念。 杯子有一個把手和一個圓圈。 通過連續變形，它們可以等效。 這東西很穩定。 這個東西不一樣，但是拓撲數是一樣的，而且拓撲數是穩定的。 使用拓撲材料，例如拓撲絕緣體，是一件很棒的事情。 材料內部是絕緣不導電的，就像巧克力一樣，表面有一層錫紙。 銀色是導電的。 如果巧克力被分成兩半，那么巧克力就是絕緣的。 如果巧克力是拓撲巧克力的話，打開后表面也會立刻變成銀色，而且只要有一個新的拓撲界面，就需要半塊電池。 超導體也是拓撲結構的并且形成一對馬約拉納費米子。 我把一個量子位分開得很遠。 據說一個量子位是不穩定的，但它的一半是穩定的，一半是拓撲保護的，一半是拓撲保護的。 您可以單獨進行計算，然后在完成后將它們加在一起。
這就是所謂的準備。 在二維空間里，愛因斯坦跑遍了世界。 如果在他跑的路徑上加上一個時間軸，那就是二維空間+一維時間。 三維時空存在一種所謂的扭結。 他走的方向是一個扭結，這是一個拓撲數，這樣就可以做出所謂的拓撲量子位0和1。 拓撲量子計算機編譯馬約拉納費米子，也就是“編織”。 在這里，我們將見證奇跡。 魔術師的杯子里有一個球。 它會旋轉，讓你猜出它在哪個杯子里。共有四個杯子。 沒有球。 如果你轉動它，就沒有球了。 當你打開它時，不會有球。 如果你再轉動它，就會出現兩個球。 它會憑空出現。 只轉了一瞬間，確實就可以制作出來了。 這就是所謂的一些糾纏態的編程。
2000年以來的資料中有三種方法可以找到它。第一種方法不可用。 2008年，有人提議使用兩種材料來制作界面。 2018 年，我們發現用一種材料也可以做到這一點。 去年我們在科學期刊上連續發表了三篇文章。 第三篇文章是上周五剛剛發表的，證明在鐵基超導材料中，可以在單一材料中找到馬約拉納費米子，這有一個很大的優點：第一，它是單一材料；第二，它是單一材料。 二是高溫超導； 第三，其純度非常高。 不純凈的東西不能用該財產進行交換。 這將有助于未來的量子計算機。 我們希望能夠制造出第一個拓撲量子位，這意味著制造出量子計算機晶體管。 謝謝你們。
