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从今年的诺奖说开去——武汉物数所研究员解读2012年诺贝尔物理学奖
文章来源: 武汉物理与数学研究所 发表日期: 2012-10-22
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10月19日上午10点30分,武汉物数所频标楼三楼会议室内座无虚席,该所冯芒研究员正在为大家解读今年的诺贝尔物理学奖。

北京时间10月9日下午5时45分,2012年诺贝尔物理学奖在瑞典首都斯德哥尔摩揭晓。此前备受科学界关注的最大得奖热门——希格斯玻色子(Higgs Boson)的发现者没有获奖,获奖者为法国人Serge Haroche与美国人David J. Wineland。瑞典皇家科学院授予他们奖项的理由是他们“突破性的实验方法使得测量和操纵单个量子系统成为可能”。

相比鼎鼎大名的“上帝粒子”,这两位获奖者甚至包括他们所研究的领域对于大多数人而言都是陌生的,但是对于武汉物数所的冯芒研究员来说确实再熟悉不过了。

冯芒研究员近年来一直从事量子信息和量子计算方面的理论和实验工作,现在他所研究的领域产生了两位诺贝尔物理学奖获得者,这自然令他十分激动。激动之余,他也精心地准备了一场与今年诺奖相关的报告。

报告定在10点30开始,时间还没到,报告厅就已经座无虚席,后面陆续而至的听众只能自己搬来座椅或者站着听完整场报告。

冯芒研究员的报告分为三个部分,第一部分是对两位大师工作的回顾。

在介绍完两位大师的基本情况后,冯芒风趣地向在座的研究生说道,“我们从他们的经历可以发现三点:第一,要想获诺奖,得找一个获得过诺奖或有实力夺得诺奖的人做导师,这个你们恐怕现在没戏,但做博士后的时候仍然会有机会;第二,研究生阶段是学实验还是学理论并不重要,重要的是把物理问题搞懂,学实验的将来可以做理论,学理论的将来也可以做实验;第三,美国的学术水平确实高,大学讲师就可以获诺奖。”这风趣幽默的总结,尤其是对D. Wineland只有讲师职称的调侃,引来了在座师生的阵阵笑声。

接下来冯芒研究员简要地介绍了Haroche在微波腔方面的工作,如利用原子-空腔作用激发单光子, 在腔中实现量子存储,在腔中实现量子相位门,产生多个原子的纠缠;借助原子-光子相互作用来无损探测腔内光子,观测单光子产生-湮灭的全过程,以及展现量子退相干过程等,而对Wineland的工作介绍主要集中在离子阱方面,如他在离子阱中第一次实现了离子运动基态的激光冷却,实现了世界上第一个基本量子逻辑门,完成了离子纠缠和量子纠错,展现了量子芯片在量子计算方面的所有功能等。

报告第二部分的主题是神奇的微观世界,在这部分中,冯芒讲述了量子态的奇妙性质、经典世界跟量子世界的差异,由此引申出对量子力学的理解。说到这里,他表示支持Feynman的观点("Nobody understands quantum mechanics"),并称“我也不懂量子力学”。

接下去便是对量子信息、量子比特、量子算法、量子通讯网络等的简介,这部分的最后,冯芒特别提到退相干,“赵本山曾有句台词,叫做‘人生最最痛苦的事情是:人还在,钱没了。’”他接着说道,“对量子信息物理实验学家来说,最最痛苦的事情就是量子系统还在,量子态没了。”风趣地说明了退相干对实验工作的巨大影响。

报告的第三部分是对冯芒研究员自己研究工作的介绍。如在微波腔中实现三个量子比特的Grover搜索和制备多原子W态;在离子阱中完成离子的冷却、囚禁。他还展示了他们组制作的芯片离子阱和利用这个装置实现离子囚禁的一些结果,并简要介绍了目前可能实现量子处理器的一些物理系统和他们对其中的一些物理系统的探索。

报告的最后,冯芒研究员用电子计算机超乎世人想象的发展速度来类比量子计算机的研究前景,表达了自己对量子计算机发展的期待。

精彩的报告激发了在座听众的极大兴趣,并引发了大家激烈的讨论。不少同学就“对纠缠粒子体系的一部分做测量导致另一部分瞬间塌缩”这一问题表示兴趣并提问,最后在对“信息传递能否超光速”这个问题的讨论中结束。

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