物理学重大突破:华人科学家发现“天使粒子”杨振宁评“他获得诺贝尔奖只是时间问题”

睿智家长

发布时间:17-07-2216:30

21日,张首晟及其团队在美国《科学》杂志发表重大发现:在国际物理学界历经80年探索后,他们终于发现了正反同体的天使粒子——马约拉那费米子。这是继上帝粒子、中微子、引力子之后的又一里程碑发现,意味着量子计算已成为可能。

物理学重大突破

据介绍,为了寻找这一神秘粒子,国际物理学界已经花费了 80 年的时间,张首晟团队的这一发现,也验证了意大利理论物理学家 Ettore Majorana 在 80 年前提出的预测——存在一类没有反粒子的粒子。

同时,张首晟团队的发现也证明了存在一种比量子还小的单位,这也将对现在的量子理论带来巨大的改变。国际同行纷纷表示,张首晟团队的这一发现是一项里程碑式的发现,对于物理界来说,或许将会开启一个新的时代。

天使粒子的发现意味着量子计算已成为可能

找到天使粒子有什么现实意义?张首晟指出,从基本科学发现到技术应用往往需要多年时间,但天使粒子的发现意味着量子计算已成为可能。

他解释说,量子世界本质上是平行的,一个量子粒子能够同时穿过两个狭缝。因此,量子计算机能够进行高度并行的计算,远比经典计算机有效。以算术问题为例,如果给出一个很大的数字,问这个数字能否拆成两个数字的乘积,那么经典计算机只能用穷举法逐一尝试整除计算,而量子计算机可以在一瞬间同时完成所有可能项的测算。

物理学重大突破

然而,一个量子比特的信息非常难以存储,微弱的环境噪声就能毁灭其量子特性。因此,量子计算机往往被视为可望不可即的空想。

“通常情况下,量子比特只能放在一个传统粒子内储存,容易被干扰。但如今,天使粒子的发现提供了一种绝妙的可能性:一个量子比特能够被拆成两半,存储在两个距离十分遥远的马约拉那费米子上。”张首晟说,如此一来,传统的噪声很难同时以同样的方式影响这两个马约拉那费米子、进而毁灭所存储的量子信息。“相较于传统的存储方式,基于天使粒子的存储方式极其稳固。”

“我们提出的器件同时还是二维体系,从而允许马约拉那费米子的纠缠和编辫,使得有效的量子计算成为可能,从而解决人类面对的一些艰难问题。”张首晟说,“我对天使粒子巡游的量子天堂充满兴奋与期待。”

物理学重大突破

项目负责人张首晟——获得诺奖只是时间问题

几天前,张首晟回到北京为其恩师杨振宁庆祝95岁寿辰。

1963年出生的张首晟,17岁便前往德国柏林自由大学学习。他学的是理论物理专业,这也是杨振宁的专业。

但理论物理的就业面太窄,张首晟一度开始担心自己的前途。但当他来到哥廷根大学附近的一块墓地,看到里面埋葬的一些物理学家都是用其生前发现的公式作为墓志铭,这深深震撼了张首晟。

自此,“用一个公式概括整个世界”成为张首晟的梦想,也让他决定将毕生的精力都贡献给物理学研究。

还有一个选择对张首晟产生了深远的影响。当年在柏林自由大学学习时,张首晟一直将大统一理论当成自己的学术目标。因为这是爱因斯坦努力一生的事业,也是杨振宁的领域。

但是当他师从杨振宁时,杨振宁却鼓励张首晟去研究凝聚态物理。杨振宁认为他自己所处的领域要想有所突破已经很难,而凝聚态物理刚刚兴起,发展很快。

物理学重大突破

最后,张首晟在杨振宁的指导下,开始在凝聚态领域工作。

接下来,1996年,年仅33岁的张首晟被评为斯坦福大学终身教授。随后,凭借拓扑绝缘体和量子自旋霍尔效应两项理论的发现,张首晟于2010年获得欧洲物理奖;2012年获得美国奥利弗巴克利奖和狄拉克奖;2014年获得美国富兰克林奖。

张首晟多年被汤森路透预测会得到诺贝尔奖,杨振宁则评价“他获得诺贝尔奖只是时间问题”。不知道天使粒子的发现,是否能让张首晟众望所归。

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