何庆林：向拓扑量子计算进军 | “35岁以下科技创新35人”中国榜单专栏
2018/4/8 15:18:49 功能医学与荷尔蒙
自 1999 年起，《麻省理工科技评论》每年都会推出“35岁以下创新35人”(Innovators Under 35)榜单，旨在于全球范围内评选出被认为最有才华、最具创新精神，以及最有可能改变世界的 35 位年轻技术创新者或企业家，共分为发明家、创业家、远见者、人文关怀者及先锋者五类。
2017 年，该全球权威榜单正式推出中国区评选，并已公布并首届评选结果。现在，《麻省理工科技评论》正式开设“35岁以下创新35人”中国榜单专栏，以人物报道的形式帮助中文读者了解这些来自中国的新生代科技力量。
何庆林-先锋者
“向拓扑量子计算进军”
获奖年份：2017年
获奖时年龄：29岁
获奖时职位：北京大学助理教授
获奖原因：利用拓扑绝缘体为材料基础制作拓扑量子计算元器件，发现手性马约拉纳费米子边缘模(又称“天使粒子”)。这项针对新型拓扑材料的研究，有望挖掘其新颖的量子效应，让我们距离拓扑量子计算又更近了一步。
2017年7月21日凌晨，《科学》杂志上发表了一项重大发现：自埃托雷·马约拉纳(Ettore Majorana)于1937年提出“马约拉纳费米子”(Majorana fermion)这一概念之后，历经80年的探索，它终于被发现了存在的证据。而来自加州大学洛杉矶分校王康隆团队的博士后研究员何庆林就是该实验的设计者和课题的组织者之一。
中国古人推崇阴阳世界，认为有正必有负。而在近现代的物理学理论之中，宇宙中基本粒子的正反相对似乎也与这一概念暗暗契合。根据爱因斯坦E=mc2的质能方程，当一个粒子遇上它的反粒子时，它们就会归于湮灭从而放出巨大的能量。
但科学无止境、真理非永恒。物理学家也一直在探索是不是所有的粒子都有与其匹配的反粒子存在？1937年，意大利理论物理学家埃托雷·马约拉纳就提出新的预测：包括质子、中子、中微子和夸克在内的粒子，其粒子本身就是其反粒子，这种粒子这也就是我们今天所称的马约拉纳费米子。
与有些科学理论不同的是，马约拉纳费米子的概念对于人类建造稳定、强大的拓扑量子计算机具有积极意义。这是因为马约拉纳费米子只相当于半个传统粒子，在并行的量子世界中，一个量子比特能够存储在两个相距十分遥远的马约拉纳费米子上。如此一来，传统的微弱环境噪声引起退相干毁掉量子比特存储信息的状况就得以极大的缓解，远超现有大型计算机的拓扑量子计算将成为可能。
图 | 何庆林
何庆林于2018年入选国家“青年千人计划”，同年入职北京大学物理学院量子材料科学中心任博士生导师、研究员，开始全职建立实验室和研究组，主要研究以马约拉纳费米子为基础的量子计算和新型拓扑磁电材料等方向。
从小在农村的生长环境培养了何庆林对大自然浓厚的兴趣，而进入学校后所获得科学知识则更加坚固了他探索这一世界的愿景，也奠定了他走上了实验物理的研究道路。
本科毕业之后，何庆林前往香港科技大学攻读博士学位。在那里，他的导师苏荫强教授对他影响深远，苏老师亲自动手和学生一起做实验，手把手教何庆林很多做科研的技巧和手段，可以说，苏老师对待科研严谨、勤奋、求实的态度塑造了何庆林做科研的风格。
2015年在香港科技大学取得博士学位后，何庆林又赴加州大学洛杉矶分校的王康隆教授组开展博士后研究工作。他开始带领一个研究团队，对拓扑材料和拓扑量子计算领域寻求突破和创新。以此次入选TR 35的项目来看，他们的首要目标是对马约拉纳费米子实现人为的操作，通过研究新型拓扑材料，挖掘其新颖的量子效应，并将其用于拓扑量子计算上，制备出拓扑量子计算机的原型机。
何庆林说，“创新对我而言，就是大胆要做别人没有做过的，同时自己要对这个新方向有一定的把握，才下手去做。例如，目前世界上做拓扑量子计算的研究一般都是利用III-V族材料为基础的半导体电子器件，而我是利用拓扑绝缘体为材料基础制作拓扑量子计算元器件；前者主要研究马约拉纳费米子的束缚态，维度上是零维的，而我研究马约拉纳费米子的边缘态，维度上是一维的。我的创新在于敢做别人没有做的方向。但创新对我而言，并不是完完全全做独立的工作，必须要考虑到自身已有的条件和团队的特点，站在这一考虑上做创新，才有取胜的把握。”
2016年的诺贝尔物理学奖就是表彰科学家在物质的拓扑相和拓扑相变理论的杰出贡献的。而何庆林的工作是研究新型拓扑材料，挖掘其新颖的量子效应，并将其用于拓扑量子计算上。如果能实现拓扑量子计算机的原型机，必将是划时代的工作，因为拓扑量子计算机强大的计算能力将大大超越传统电子计算机，特别是在这个大数据和海量信息的时代，能为各个行业领域的发展带来革命性的影响。
对于未来，何庆林坦言，“下一步我们将会对马约拉纳费米子进行人为的干涉和操纵，例如合并、编辫和纠缠，实现拓扑量子计算的逻辑门，这是拓扑量子计算的重中之重，努力做出拓扑量子计算机的原型机。我认为回报社会的最好的方式，也是我做科研的最终目标，就是探索这个世界的未知。”
何庆林在EmTech China上的演讲
-End-
来源：DeepTech深科技
http://weixin.100md.com
返回 功能医学与荷尔蒙 返回首页 返回百拇医药