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学好物理,兴趣是关键 中国科学院院士贾金锋在“大师课堂”上描绘“神奇量子世界”​ | 科协事

转自:上海科协 2023-10-31 16:25:55

作者:刘颖颖

摄影:赵仲弈

衣食无忧后,你想过要干什么?做些有挑战的事情或许会让你的人生乃至世界更有意义,而物理研究既具有挑战也非常有意义。

10月27日,由上海市科协和上海市教委联合主办的大师课堂——院士专家进校园专题讲座开进上海市晋元高级中学。中国科学院院士、上海交通大学物理与天文学院副院长、南方科技大学代理副校长贾金锋为晋元学子作了题为《神奇的量子世界》的科普讲座

从惠更斯提出波动说,牛顿提出粒子说,到赫兹发现光电效应,爱因斯坦的解释,德布罗意的物质波假设,再到薛定谔方程,从晶体管、二极管等第一代量子应用,到量子计算测量等令人神往的第二代量子应用……贾金锋以生动的案例、平实的语言介绍了量子学的发展始末及其无限的应用前景,带领大家走入神奇的量子世界。

神秘又神奇的量子

说到量子,总给人神秘的感觉。在量子这个微观领域中,物理规律似乎与我们熟悉的世界完全不同。贾金锋告诉学生,经典物理中所有变量都是连续变化的,而量子物理中变化往往是不连续的。而对光的不同看法,也是经典物理和量子物理巨大区别的重要表现。经典物理认为,光是一种波;而量子物理认为光是一种微粒,称为光子。

不难看出,量子信息正成为新一轮科技革命和产业变革的前沿领域。因为量子信息技术是以量子科学理论为基础,研究量子计算、量子通信和量子测量三大领域,有望解决提升运算处理速度、信息安全保障能力、测量精度和灵敏度等许多当前难以解决的问题。而在我国,量子信息被提及的次数也越来越多,地位不断提高。在“十四五”规划中,量子信息已被视为三大最重要的前沿数字技术之一。可见,量子科技发展已成为全世界、尤其是强国科技较量的一个战略制高点。

“捕捉”马约拉纳费米子

贾金锋从事物理学研究多年,正是他和他的团队在2016年在世界上首次确切探测到马约拉纳费米子的存在,这是人类在量子物理学领域取得的一个重大突破,这一发现不仅有助于拓扑量子计算机的研制,给信息科技带来革命性变化,还能进一步揭开暗物质的谜团。

不过,提到“马约拉纳费米子”,大多数人可能都是一脸茫然。贾金锋向学生们介绍,马约拉纳费米子是意大利物理学家马约拉纳在1937年提出的预言,即正反粒子同体的特殊费米子。由于其状态稳定且遵循特殊的统计规律,是制造拓扑量子计算机的完美选择之一。之后的80年里,全球物理学家一直在找寻这个“正反同体”粒子存在的证据,但并无结果。贾金锋和他的团队利用巧妙的实验设计,在经历了无数次实验验证后,率先观测到了在拓扑超导旋涡中马约拉纳费米子的踪迹,并且还创新地测量了马约拉纳费米子的空间分布和自旋特性。

兴趣和目标是最大的动力

“我希望我的讲座能让你们感受到物理的神奇,进而对它产生兴趣,而有了兴趣,你自然会在这上面多花功夫。” 在说到如何学好物理时,贾金锋强调,兴趣是学好物理的关键所在,“有了兴趣,定下了目标,还要尽早学会互相学习,这是你成长过程中必须学会的东西。随着年龄的增长,互相学习和自学在你学习中的比例会越来越高,这也从一个侧面体现了一个人的能力。”贾金锋同时鼓励学生要善用学习方法。

贾金锋勉励学生们将来要积极投身物理学等领域的科研工作。他提到:“近年来我国对科技人才发展愈加重视,学物理不再像多年以前那么辛苦,从科研经费到科研仪器都有了大进步,我们做基础研究的收入不比别的行业差。”在他看来,做科研,特别是做基础研究,必须要有创新想法,能带着兴趣地进行物理研究比做重复劳动的工作有趣多了,“科研能让你永葆青春,因为创新让人始终保持活力!”

讲座后的互动环节上,学生们围绕着量子科学提出了不少有意思的问题,贾金锋一一作答回应,并鼓励学生要坚定信心,勇于挑战,勇敢追求科学梦。

据悉,本次讲座为“大师课堂——院士专家进校园”系列专题讲座第七讲。之后将有更多院士专家走进校园,与同学和老师们开展面对面交流,弘扬科学家精神,为青少年开展探究性、启发性、创新性学习及科学实践搭建起创新平台,实现校外科学教育与学校的“双向奔赴”。

审核:市科协科学技术普及部