自1999年起,《麻省理工科技评论》每年在全球范围内从生物医药技术、能源材料、人工智能等多个前沿学科和科技领域中遴选出35岁以下对未来科技发展产生深远影响的青年科技人才-“35岁以下科技创新35人”。2017年《麻省理工科技评论》将这份最权威的榜单落地中国,旨在以全球视野挖掘最有创新能力的科技青年领军人,并为这些青年科学家搭建一个高度国际化的舞台。

为聚集全球创新人才和资源,打造创新人才高地,中关村科学城与北京清华工业开发研究院联合《麻省理工科技评论》中国,于2023年3月30日-31日在北京·海淀中关村自主创新示范区展示中心会议中心举办全球青年科技领袖峰会暨《麻省理工科技评论》“35岁以下科技创新35人”中国发布仪式。


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以下是清华大学物理系副教授胡嘉仲在全球青年科技领袖峰会的精彩演讲,由云现场整理。


大家好,我是胡嘉仲,来自清华大学,今天我想和大家分享的一点是什么,就是我的一点个人心得以及究竟是什么动力来驱动了我在量子科学或者在整个物理领域进一步的发展。

首先我想先讲一下我是做什么的,大家都看过《流浪地球》,它里面的MOSS其实给大家的印象非常深刻,这是一台量子计算机,而我做的工作其实就是在开发量子计算机和量子模拟机,这是一个非常笼统的说法,如果再进一步具体来说,我每天做的事情是什么,其实我想做的就是操控每一个原子的运动状态,在量子的世界定期舞蹈,可以从原子的层面重新拼接出任意想要的物态或者想要的状态。

这儿我和大家分享一个我们实验室所记录下来的一个状态,左边是一个示意图,右边是实验实际的过程的拍摄图,左边的每一个黑点都是一个随机装载的原子,我们拿中性原子作为量子比特,初始的时候原子的装载是完全随机的,可以用光学逆子的手段将这些随机的量子比特进行重新的初始化,而我们的能力在于我们将这些算法决策,这些硬件以及硬件的实施全部集成到一个硬件之中,并且开发了自己的优势,可以让它的规模变的更大,让它重新初始化的速度变的更快,而最终的效果正如左图的示意图所示,可以把近一千个原子的量子比特可以重新初始化成一个有规则的图形。

这是一个更加进一步的具体的示意图,这个示意图上面告诉了我们比如先排行再排列,满足进一步再怎么进行处理,而我们在中间其实我们就是利用自身的一些算法优势和硬件优势可以使得所有的探测、计算以及算法的决策和硬件的执行全部进行并行的计算,这个也为我们节约了大量的时间和算力,能够使得我们的规模和尺寸可以领先国际同行数量级以上。

下面其实也是我们其他排部的状况,比如是交错型或者是六边形,甚至可以排成THU就是清华大学的简写,除了这些我们还把量子物理实验做到了太空之上,这张照片是刚刚成功发射的梦天舱,在这个上面黄色的框圈出来的就是我们参与共同开发的超冷原子柜,也计划在太空中进行量子物理和量子模拟的实验,关于这个超冷原子柜其实在之前的时候在中科院和国家太空实验室利用公众号用漫画的形式介绍了这个超冷原子柜设计的目的是什么,我们计划要做什么以及希望达到的结果是什么,这里具体的技术细节就不说了,大家有兴趣的话也可以关注一下公众号看一下这个漫画,我相信有很多有用和有趣的内容。

首先我想问一下,我经常会问我自己,为什么要做这些事情,我觉得我们可以找到很多很正当的理由来回答这些事情,首先量子计算可以解决很多的问题,而且我们也面临了量子计算的发展压力,我们要和国际上其它国家,其它的研究单位去进行竞争,我们需要保持一个技术优势,以及我们能否创造一些新的生产模式,使得我们的技术产业发生一些新的变化。

但是对我个人而言,其实我并不满足于这些回答,我想把这个问题重新问我自己,我究竟为做这些事情,我觉得对我个人而言,我想回答这个问题其实很简单,就是因为我的好奇,对于未知世界以及对于科学的好奇,正是因为这份好奇心开启了我对科学世界的探索,我相信大家幼年的时期,仰望过星空,看见一颗颗星,星星会眨眼睛这肯定是大家都知道的问题。大家肯定也问出过类似的问题,星星为什么会眨眼睛,不知道有多少朋友仔细观察过星星以后,有没有发现有一些星星是从来不眨眼睛的,这是为什么,这个问题大家可以思考一下。

继续回答我的初衷,我们为了满足对于未知世界好奇心的探索以及对于未知世界内容的深度的研究,需要学习,需要学习数学,学习物理,学习这些科学知识才能回答提出的每一个问题,我觉得科学其实也就是在这个过程中被发展了,这儿我分享一个自己拍摄的照片,这个是我在去年的冷原子学术会议期间半夜里跑出去用自己的望远镜和手机拍下来的一个天鹅座Beta双星结构,(称为辇道增七),当时在会议期间我们半夜出去的人,不少人都是现在985的物理教授,我相信这个其实也正是因为大家对于未知世界的好奇以及想要看见这些我们从来没有看见过的东西,促使我们类似于深更半夜冒着寒风做这些事情。

说到这个仰望星空,离不开的一个工具就是望远镜,这是一个伽利略做的望远镜,这个望远镜的口径其实非常小,只有4厘米,现在在网上随便买个望远镜,它的口径可能都要比这个伽利略的望远镜要大,但是伽利略其实就是做了这么一个望远镜,他非常好奇,它拿了这个望远镜对准了木星观测,看到了木星有四个卫星,正是因为木星有四个卫星,推翻了地星说的说法,完全支持了日星说的结论,而这个其实也正是我们现代科技的启蒙,也正式拉开了现代科学的一个发展规模。

如果现在看的话,这是最近美国发射的韦伯望远镜,它的尺寸已经非常巨大了,也已经跑到了太空里面工作,但是我们需要注意的是从伽利略第一个望远镜至今,其实也就只过了300年的时间,有的时候当我们自豪,我们骄傲我们有五千年的文化或者有五千年的历史文物的时候,其实我们要注意我们的现代科学的诞生至今可能只有300年的时间,但是现代科学的创立使得我们的生活,使我们的生产使我们的一切都发生了天翻地覆的变化,为什么人们会做这些事情,很重要的就是因为这些好奇心对于未知的世界,他们想要观测,想要看星空里究竟有什么东西。

同样的这是在我自己实验室里用手机随手拍下来的一张照片,中间有一个红点,这个红点就是我们的超冷原子团,它的温度在10个纳开尔文,大家也可以数,这是小数点后面有7个0,相比室温,温度降低了100亿倍,但是我们人类第一次的低温实验是在4.2开尔文测量超导的时候,这个事件也仅仅发生在1911年,至今其实也只有100年的历史,100年的时间内可以将这个温度的量级进一步的降低100亿的程度。

其实随着技术不断的发展,其实有很多新的技术,比如量子科技、AI、新材料这些技术其实都在不断的出现,我们一直在想象的是我们想要解放重复劳动的双手。但是,人们多出来的时间用于什么地方呢?至少这个问题我觉得非常难以回答,我个人想对我自己来进行一个回答,如何花多出来的时间。比如我想和大家分享一下我目前正在思考的一些问题,我这里列了3个问题:

1、我们是否存在一些全新的物态,比如我们从来没有见到的这些物态,比如近期大火的时间晶体或者超固体这一些,其实都是在冷原子体系被人们创新的创造和发明出来。

2、我们可以不可以在实验室内构建并且实现虫洞穿梭的问题,这个在很多科幻小说里面都设想过这个现象,但是人们可能都觉得这只是一个科幻,我们正在思考这个问题。

3、我们的空间曲率发生扭曲,会不会有什么新的物理现象。我相信大家也都看过《三体》,里面一个很有名的东西就是光速飞船,作者所设想的正是利用空间曲率的扭曲。

我把这些问题问过ChatGPT,我觉得ChatGPT给我回复,其实我是非常不满意的。因为它不能告诉我这个世界未知的答案,更多需要我们自己去寻找,通过自己的研究来满足我这些问题。

可能有些人会觉得我这些问题是一些异想天开,但我个人并不这么觉得。我现在分享的一个视频,这是我们实验室内用冷原子团来合成的一个人工黑洞,这个黑洞刚才大家看到的原子速流辐射它重现了我们实验室中黑洞的辐射,也就是我们所熟知的霍金辐射。我们在这个体系内看见了霍金辐射所对应的量子纠缠。

为了去支持我寻找答案,我在清华大学也成立了自己的研究团队,这里的照片其实就是我在实验室里随手拍的几张照片,我们这有很多的线缆、光纤、电源线,像蜘蛛网一样盘布在一起,我们还有不同的激光,乱七八糟的实验设备。这也是我们实验室里各种照片,在这里我们可以产生不同元素的量子气体,我们可以把这些东西用于量子模拟和量子计算的用途。

而我们的温度正如刚才我随手拍的那张照片当时所说的,我们的温度已经比10纳开尔文还要低。我相信至少在整个北京的范围内,我们实验室是整个北京温度最低的地方,应该没有任何地方温度会比我们还要低。

除了我们的实验设备,还有团队各位研究成员,清华大学的各位博士生,我相信他们每一个人其实都是对于未知世界充满了好奇心,他们想要去探索、去发现、去了解一些未知的东西,去创造一些人们从来没有见过的物理现象。

我觉得正是这些好奇心,驱动了他们一批又一批的去投入到我们物理学的研究之中。最后我也想和大家分享一句话,对各位科研工作者的追求,我觉得很重要的一句话,不忘初心,牢记使命。我们的初心是什么,我们科研的动力,其实核心就是来自于人们对于未知世界的好奇心,正如有一篇小说里面所写到的,当原始人放下工具仰望星空开始思考问题,而不做任何事的时候,这其实就标志着一个文明的开始,也标志着一个时代的创立。

最后,感谢各位的观看,谢谢。