編者按：

隨著我國深入實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，科技自立自強(qiáng)的重要性愈發(fā)顯現(xiàn)。要解決“卡脖子”的技術(shù)短板，基礎(chǔ)研究和前沿技術(shù)突破是關(guān)鍵，而其中最核心的，是要有高水平科學(xué)家及團(tuán)隊來提出問題、解決問題。

量子計算、先進(jìn)材料、飛秒激光、黑洞照片……每一項重大突破的背后，是一個個鮮活有趣的人。對于這些“板凳甘坐十年冷”的群體，第一財經(jīng)策劃啟動全媒體系列欄目《原來你是這樣的科學(xué)家》，通過長期跟蹤采訪，走近這些追逐“星辰大海”的科研工作者。

【資料圖】

提到“馬約拉納費米子”？很多人乍看可能一頭霧水。

馬約拉納費米子是意大利物理學(xué)家馬約拉納在1937年提出的預(yù)言，即這個奇異的粒子作為一種特殊的存在，粒子本身與它的反粒子完全相同。之后的80年里，全球物理學(xué)家一直在找尋這個“正反同體”粒子存在的證據(jù)，但并無結(jié)果。

突破發(fā)生在2016年，中國科學(xué)家賈金鋒團(tuán)隊率先“捕捉”到了這個神秘粒子，在世界上首次確切探測到馬約拉納費米子的存在，也意味著人類在量子物理學(xué)領(lǐng)域取得了一個重大突破，這個發(fā)現(xiàn)不僅有助于量子計算機(jī)的研制，給信息科技帶來革命性變化，還能進(jìn)一步揭開暗物質(zhì)的謎團(tuán)。

“我們正在做這件事情，就是要把馬約拉納費米子的性質(zhì)了解清楚，然后能夠操控它，想讓它在哪里出現(xiàn)就在哪里出現(xiàn)。如果做到了這一點，我們就可以用它來做拓?fù)淞孔佑嬎懔恕?rdquo;中科院院士、上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院副院長、南方科技大學(xué)代理副校長賈金鋒近日接受第一財經(jīng)獨家專訪時說。

就在今年3月，賈金鋒和鄭浩團(tuán)隊的科研成果“實驗證實超導(dǎo)態(tài)‘分段費米面’”入選了2022年度“中國科學(xué)十大進(jìn)展”，為超導(dǎo)計算機(jī)的核心部件之一超導(dǎo)二極管的研制提供了一種可能的理論路徑。

作為找到打開拓?fù)淞孔佑嬎銠C(jī)大門“鑰匙”的科學(xué)家，這位神秘粒子“捕手”是如何找到馬約拉納費米子的，未來他還將如何“操控”它們？

凝聚態(tài)物理和我們的生活有什么關(guān)聯(lián)

物理作為一門研究自然界基本規(guī)律的科學(xué)，不僅揭示自然界中許多現(xiàn)象背后的原理和機(jī)制，也是支撐人類科技發(fā)展的關(guān)鍵。在賈金鋒看來，雖然從事的是物理領(lǐng)域研究，不過他主攻的凝聚態(tài)物理領(lǐng)域工作主要是研究各種各樣的材料，因此也和國民經(jīng)濟(jì)生活息息相關(guān)。

作為物理學(xué)的一大分支，凝聚態(tài)物理是一個高度多元化的研究領(lǐng)域，不僅涵蓋了超導(dǎo)體、磁性材料和半導(dǎo)體等相對傳統(tǒng)的研究方向，也包含一些新興的前沿研究方向，如拓?fù)湮锢怼⒔缑娉瑢?dǎo)、量子反常霍爾效應(yīng)，還包含了各種復(fù)雜凝聚體系的研究，如新型生物與能源材料。

“我覺得20世紀(jì)人類最大的兩個發(fā)現(xiàn)，一個是激光，一個是計算機(jī)，這兩個都屬于凝聚態(tài)物理研究的成果。”賈金鋒告訴記者，比如半導(dǎo)體、由此產(chǎn)生的晶體管以及后來的集成電路，隨之誕生的各種各樣的信息科技，包括計算機(jī)、手機(jī)等，都和凝聚態(tài)物理緊密相關(guān)。除此之外，他們還研究磁有關(guān)的現(xiàn)象，以及超導(dǎo)研究。“凝聚態(tài)物理領(lǐng)域吸引了很多人，我自己也是對這個領(lǐng)域感興趣一直做到現(xiàn)在。”

從2008年算起，賈金鋒已經(jīng)從事拓?fù)涑瑢?dǎo)量子計算領(lǐng)域研究15年，接下來他們還要繼續(xù)研究如何操控這個“神秘粒子”。“追蹤到費米子是一個非常大的進(jìn)展，我們還要繼續(xù)研究它的性質(zhì)，并對它進(jìn)行操控，想讓它去哪里就去哪里。”

迄今為止，全球并未制造出真正意義上的量子計算機(jī)，其中一個重要原因就是用于量子計算的粒子的量子態(tài)并不穩(wěn)定，而馬約拉納費米子這種正反粒子同體的特殊存在使得它的狀態(tài)非常穩(wěn)定。這些屬性或成為實現(xiàn)量子計算機(jī)制造的鑰匙，幫助人類打開拓?fù)淞孔佑嬎銜r代，屆時眼下超級計算機(jī)需要耗費巨大算力才能處理的問題，對于量子計算機(jī)來說是小菜一碟。

不過，找到馬約拉納費米子已經(jīng)如此不易，操控是否更難？

“馬約拉納費米子并不是一個傳統(tǒng)意義上的粒子，而是一種準(zhǔn)粒子，但它同樣符合馬約拉納的預(yù)言，準(zhǔn)粒子是凝聚態(tài)物理中一個重要概念。”賈金鋒介紹。

之所以捕捉到馬約拉納費米子的過程如此難，正是由于它被上方的超導(dǎo)材料覆蓋。賈金鋒團(tuán)隊則獨辟蹊徑把超導(dǎo)材料放在了下面，使它上方“生長”出了拓?fù)浣^緣體薄膜，讓拓?fù)浣^緣體薄膜的表面變成拓?fù)涑瑢?dǎo)體，把馬約拉納費米子從“暗處”翻到了“明面”上來觀察。在經(jīng)歷無數(shù)次的實驗和驗證后，他們率先觀測到了在超導(dǎo)渦旋中馬約拉納費米子的蹤跡，實驗中還創(chuàng)新性地測量了馬約拉納費米子的空間分布及自旋特性，這些方法目前在國際上被廣泛使用。

他解釋，想要操控馬約拉納費米子的移動，還需要物理學(xué)和工程學(xué)兩個領(lǐng)域的科研人員一起來推動。“操控移動應(yīng)該幾年內(nèi)就能實現(xiàn)，但是更難的是實現(xiàn)操控后要對結(jié)果進(jìn)行測量，看看是不是和理論相符合，這些都是以前沒人做過的研究。不過如果實現(xiàn)了這些目標(biāo)，我們就可以用它來做拓?fù)淞孔佑嬎恪?rdquo;

科研不能盲從、追熱點

雖然物理學(xué)是人類知識架構(gòu)的基礎(chǔ)，但由于做相關(guān)基礎(chǔ)研究往往短期難以收獲質(zhì)的突破，所以不是年輕人心中的熱門選擇，賈金鋒也在日常科普和講座中打破一些關(guān)于“學(xué)物理苦”的刻板印象。

從1983年考入北京大學(xué)物理系算起，賈金鋒已經(jīng)從事物理學(xué)研究40年，在他看來，基礎(chǔ)研究在整個創(chuàng)新鏈中至關(guān)重要，尤其物理是非常有用且有意思的一門學(xué)科，它的每一個進(jìn)步都會給社會帶來一些變化。

以日常用的硬盤來說，之所以現(xiàn)在硬盤存儲容量大而且攜帶便利，就是因為人們了解到了“巨磁阻效應(yīng)”。“我記得大概上世紀(jì)八九十年代，一個大大的硬盤存儲容量只有幾十兆，現(xiàn)在一個小小的硬盤就可以做到很多T，這種進(jìn)展就來源于物理學(xué)。”賈金鋒說。

不久前，他在一所中學(xué)給同學(xué)們作了場《為什么要學(xué)物理》的講座，勉勵學(xué)子們將來要積極投身物理學(xué)等領(lǐng)域的科研工作。“通過這個講座想讓他們知道學(xué)物理是非常好的一個選擇，雖然它有挑戰(zhàn)。不過人生中必須要有挑戰(zhàn)，有挑戰(zhàn)才有意思。”

賈金鋒還提到：“學(xué)物理多年以前是很辛苦的，現(xiàn)在我們國家條件好了，從科研經(jīng)費到科研儀器都有了大進(jìn)步，特別是近年來對科技人才發(fā)展愈加重視，我們做基礎(chǔ)研究的收入也不比別的行業(yè)差。”

在他看來，眼下比經(jīng)費和先進(jìn)儀器更重要的，是社會上關(guān)于基礎(chǔ)研究的整體氛圍。“當(dāng)全社會的人都意識到基礎(chǔ)研究的重要性，不用我們再宣傳做基礎(chǔ)研究就會認(rèn)識到它很重要，并自發(fā)地去加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，和做基礎(chǔ)研究的人合作，推進(jìn)各行各業(yè)的發(fā)展，這個環(huán)境就很好了。”

對于想從事科學(xué)研究的年輕人來說，賈金鋒也給出了過來人的建議。他說，做科研，特別是做基礎(chǔ)研究，必須要有新的想法，不能去重復(fù)別人的工作，也一定不要追熱點。“最重要的是要堅持自己的想法，只有你堅持自己的想法，然后去做自己認(rèn)為重要的事情，才會有突破。”除此之外，就是要沉得住氣。“人家都不去做這個東西，你就要能靜得下來，也就是能坐冷板凳，一旦做出來，這就是你的原始創(chuàng)新了。”

標(biāo)簽：