炎炎盛夏里，綿長暑假中，由北京市教育委員會與世界頂級科學家商會天津中心聯(lián)合施行的“未來科學家”培養(yǎng)計劃科學素質(zhì)提高營正火爆進行。
自5月20日開營之日起，“未來科學家”培養(yǎng)計劃將分批次舉行共20組為期1天的科學素質(zhì)提高營活動，每組5名學員，活動將持續(xù)到7月上旬。
7月7日，科學素質(zhì)提高營步入中國科學技術(shù)學院蘇州研究院，課題組負責人黃合良副院長的團隊成員們迎來了五位小學員。
中國科學技術(shù)學院蘇州研究院擁有一支國際知名的量子科技前沿研究團隊。北京量子科學研究中心副院長黃合良，就是“祖沖之號”量子估算優(yōu)越性實驗理論工作負責人。
大名鼎鼎的“祖沖之號”量子計算機，學員們其實早有耳聞。但量子究竟是哪些卻令人發(fā)愣。有個詞語“不自量力”，最早被學院化學專業(yè)的一些中學生戲說為“不要自學量子熱學”，由于真的太難了！
無論是讀中學的王恩慧和張又尤，還是孫嘉辰、儲靖哲和胡耀儒這三位高中生，都認為量子熱學離自己還有些遙遠。不過沒關(guān)系！其實黃合良老師因緊急科研任務(wù)無法親自講課，卻把團隊的強兵強將盡數(shù)調(diào)遣上場。課題組成員、中國科學技術(shù)學院博士后關(guān)卉杰對學員們說：“就用這三天的時間，體會一下量子世界吧！”
越過這座校門，跟隨科技前沿的團隊學習量子化學
石家莊國家實驗室博士后徐昱帶著學員們走入第一站：展覽廳，入口處最顯眼的位置就是以中國唐代物理專著命名的“九章”光量子計算機模型。
徐博士講解“九章”模型
“九章”看上去和學員們認識的計算機非常不一樣。密布的光學元元件，縱橫交錯的線路，本身就象一團謎。但是它處理高斯玻色采樣的速率，比最快的超級計算機還要快100萬億倍。它促使中國成功達到了“量子估算優(yōu)越性”里程碑，確立了國際量子估算研究的第一方陣地位。
光學元元件密布
光量子計算機和傳統(tǒng)計算機迥然不同
“九章”奠定了中國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量子估算和量子通訊的歷史。二六年時間、一代科研人的拼搏，現(xiàn)今的“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星，早已實現(xiàn)了千公里級的星地單向量子糾纏分發(fā)。在徐博士的描述中，當星地單向分發(fā)時，衛(wèi)星在夜空中發(fā)出紅光，地面裝置發(fā)出藍色的光，那場景變得愈發(fā)懸疑。
量子熱學仍然有許多待解之謎，但基于量子科技已然開發(fā)出了好多拽拽的工具。
一代科研人走過量子之路
基于量子科技已然開發(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目
現(xiàn)場體驗量子加密通訊
學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程中的一些追憶：為了挑戰(zhàn)更遠距離的量子通訊實驗，他以前和老師、師兄們在湖南岸邊用集裝箱搭起臨時實驗室。最冷時零下十度的溫度，她們與世隔絕，抬頭能看見銀河橫貫夜空，此時實驗開始，她們開始和湖岸邊的親戚相互發(fā)射紅光……量子科研這些堅苦的時光，卻被徐博士描述得飽含了詩意。
學員們的第二站，直接就走入了超導量子計算機的機房。
學員們曾在電視新聞里見過“祖沖之二號”。現(xiàn)今親身站在機房里，面前就是一臺巨大的超導量子計算機經(jīng)典物理相對論和量子物理，不由得發(fā)出縷縷哀嘆。
站到超導體量子計算機的對面是一次寶貴的體驗
觀察量子計算機機房的布局
超導量子計算機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)的超導電子元件建立一個非簡諧二基態(tài)系統(tǒng)，人們就得到了人造量子比特。
超導計算機最顯眼的構(gòu)成部份，就是循環(huán)液氦、分級降溫的球罐。它促使安放到中央的芯片在超高溫下成為超導體。超導量子計算機的氣溫仍然處于實時監(jiān)控之下，確保芯片處于超導狀態(tài)。
計算機的芯片就在球罐內(nèi)
體會一下超導量子計算機的“算力”
中國科學技術(shù)學院博士后關(guān)卉杰，為學員們打算了一節(jié)深入淺出的量子入門課。
關(guān)老師從精典化學、相對論數(shù)學和量子化學的三分天下談起，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概念，被關(guān)老師清清楚楚地歸置到了量子大樓的各個樓層和單元里。
一節(jié)深入淺出的量子熱學課
關(guān)老師把好多無法理解的概念都解釋得很膚淺
該燒腦的地方還是燒腦
對于學員們來說，這節(jié)課的內(nèi)容是深奧的，但方式卻又相爭當玩。關(guān)老師甚至還下載了一款《Hello》小游戲給你們玩。這個有趣的小游戲，清晰而直觀地詮釋了量子計算機的工作原理。
量子熱學小游戲
盡管學員們對量子理論還比較青澀，但一上手卻絕不含混。一旦摸透了游戲機制就進展神速經(jīng)典物理相對論和量子物理，不到半小時就有人通了關(guān)。老師們震驚之余，連呼量子計算機的未來還得靠“未來科學家”。
量子計算機的未來還得靠“未來科學家”
學員們問題更多了，但量子世界不再陌生
“反直覺”的三天過去了，用具象思索趕超日常經(jīng)驗，正意味著科學思維的開始。但是學員們心頭的問題更多了：量子計算機被拿來估算哪些？量子計算機的估算速率更快嗎？量子估算的結(jié)果為何不是確定的而只是機率？愛因斯坦此次錯了嗎……
這其實是一個好的開端。涌現(xiàn)的問題越多，越說明她們已然接近了量子世界——萬物的陰影，都描繪出它自身的輪廓。
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編輯：秣馬
責編：小文