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杨振宁:张首晟团队发现“天使粒子” 获诺奖只是时间问题
   
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                 杨振宁:张首晟团队发现“天使粒子” 获诺奖只是时间问题
  
    7月21日凌晨,张首晟及其团队在美国科学杂志上发表了一项重大发现:在整个物理学界历经80年的探索之后,他们终于发现了手性Majorana费米子的存在。

    这一发现,验证了由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。同时也证明了存在一种比量子还小的单位,这将对现在的量子理论带来巨大的改变。

    张首晟将这一新发现称为“天使粒子”。普通群众可能暂时难以理解这一发现,但是对基础物理界来说,这或将开启一个新的时代。

           

    张首晟将发现的手性Majorana费米子称为天使粒子,这一灵感来自于小说《天使与魔鬼》。在Dan Brown的这部小说中,正反粒子的碰撞会将所有质量以能量的形式释放出,从而湮灭整个世界。

    而天使粒子的发现,就好像发现了一个完美的世界,这里只有天使,没有魔鬼。

    张首晟告诉凤凰科技,天使粒子最重要的意义是改变了基础物理,因为它改变了人们一直认知的正反对立的世界观。

    对于每一位物理学家来说,基础物理的研究都是一段极为漫长的过程。一个重大的发现往往需要50年甚至100年的时间,有发现已经是幸运的。也有很多人,可能倾注毕生,最终也没有所获。

任何科学的发现,都是站在巨人的肩膀上。张首晟表示,天使粒子的发现,也是建立在量子反常霍尔效应以及拓扑绝缘体的基础上。

    不仅如此,不同于其他基本科学从发现到技术应用往往需要多年时间,天使粒子已经可以看到其实际应用的前景。

    量子世界本质上是并行的,一个量子粒子能够同时穿过两个狭缝。所以量子计算机能够进行高度并行的量子计算,远比经典计算机有效。

    然而,一个量子比特的信息非常难以存储,微弱的环境噪声都能够毁灭其量子特性。但Majorana费米子没有反粒子,或者说相当于半个传统粒子,便提供了一种绝妙的可能性:一个量子比特能够存储在两个距离十分遥远的Majorana费米子上。

    如此一来,传统的噪声极其难以同时以同样的方式影响这两个Majorana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,比如电子自旋,超导磁通和光子极化,这样存储在远离的两个Majorana费米子上的拓扑量子比特,本质上极其稳固。

    也就是说,Majorana费米子能够用于构造稳固的拓扑量子计算机,使得有效的量子计算成为可能。

    张首晟表示,原先大家已经认为量子是最小的单位,而天使粒子使得一个量子单位可以拆为两半,让量子变得更稳定。

    现在,这项科学已经可以开始应用。“谷歌和微软已经提供了支持,未来,在国内也会开始进行应用。”张首晟说。

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。

    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。

    新鲜有料的产业新闻、深入浅出的企业市场分析,轻松有趣的科技人物吐槽。2017.7.21

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