張首晟：天使粒子將會給量子計算帶來0到1的突破

【他是誰】

張首晟，是個“神童”，直接跳過高中，自學(xué)從初中進入復(fù)旦大學(xué)；師從楊振寧，被認(rèn)為獲得諾獎只是時間問題；開創(chuàng)了拓?fù)浣^緣體這個全新領(lǐng)域，發(fā)現(xiàn)了“量子自旋霍爾效應(yīng)”，包攬了物理界所有重量級獎項；被聘為斯坦福大學(xué)物理教授，成為斯坦福大學(xué)最年輕的終身教授之一；張首晟還極具商業(yè)頭腦，創(chuàng)辦了“丹華資本”。

張首晟還獲得2017年度中華人民共和國國際科學(xué)技術(shù)合作獎。

【精彩言論】

1、科學(xué)如此廣闊的領(lǐng)域，如何找到好的課題，是需要很好的戰(zhàn)略眼光的科學(xué)家。就像在大海航行還是需要舵手的。

2、中國對科學(xué)越來越重視，科學(xué)家也受到了更多的尊重。其實，中國教育的根基做的非常好，而且中國在科學(xué)儀器上投入越來越大，實驗科學(xué)會發(fā)展的很快。

3、但是國內(nèi)很多科學(xué)實驗還是跟風(fēng)，比如國外已經(jīng)做了N的話，他做N+1的，而不是0到1的。

4、量子計算是一個戰(zhàn)略性高度的領(lǐng)域，我們在這個領(lǐng)域闖出了一個全新的道路。天使粒子將會對量子計算帶來革命性的影響，會是從0到1的突破。

5、我們現(xiàn)在做的一個全新方向是用人工智能來預(yù)言新的材料，而且會考慮引入中國，造福整個人類。

6、我是出生于中國的科學(xué)家，雖然在斯坦福工作，但是我總是想把科學(xué)橋梁工作能夠做好。

注“天使粒子”是張首晟教授對發(fā)現(xiàn)手性Majorana費米子的命名，這一發(fā)現(xiàn)以論文的形式發(fā)表在《科學(xué)》雜志上，第一作者何慶林將該粒子命名為了“太極粒子”。

【正文】

發(fā)現(xiàn)“天使粒子”之后，張首晟及其團隊沒有停止研究的腳步。近期，張首晟回國在人民大會堂領(lǐng)受“2017年度中華人民共和國國際科學(xué)技術(shù)合作獎”之后，接受了網(wǎng)易科技的采訪。張首晟教授不僅講述了這次獲獎的意義以及今后與國內(nèi)科學(xué)家合作的方向，而且透露了實驗室正在進行的前沿科研項目：一個關(guān)于量子計算；一個關(guān)于預(yù)測新材料。

量子計算是“未來技術(shù)革命的核心”，不僅國內(nèi)外行業(yè)巨頭企業(yè)，谷歌、IBM、英特爾、微軟、阿里、華為等投入資源研發(fā)，國家也投入了巨資研發(fā)。來自美國《科學(xué)》雜志曾撰文指出，科技巨頭都在量子計算領(lǐng)域投入數(shù)千萬美元研發(fā)，并選擇了不同的量子計算技術(shù)。

“在國際范圍里，量子計算機已經(jīng)是一個非常關(guān)注的研究課題，也是一個戰(zhàn)略制高點，但大家都還是在摸方向的階段。”張首晟表示。

目前量子計算的過程中，一個量子比特非常脆弱，如果想要獲得一個真正有用的量子比特，需要十個或者二十多個量子比特來糾錯。“這樣的話，缺乏可拓展性。”張首晟解釋道，“但我們發(fā)現(xiàn)的’天使粒子’會給整個量子計算領(lǐng)域帶來0到1的突破性。”

張首晟認(rèn)為：“天使粒子”的拓?fù)淞孔佑嬎阍?，一個量子比特自己不會犯錯，能夠運行下去，將會對量子計算帶來很大的革命性影響。

“天使粒子”被發(fā)現(xiàn)之初，張首晟教授在接受網(wǎng)易科技等媒體采訪時就講過，Majorana費米子（后來被命名的“天使粒子”）是通常粒子的一半，通常的量子比特非常脆弱，這也是其核心致命的傷。天使粒子可以將1個量子比特拆成兩個更小的單位，如此一來，傳統(tǒng)的噪聲極其難以同時以同樣的方式影響這兩個Majorana費米子，進而毀滅所存儲的量子信息。相較于傳統(tǒng)的存儲方式，比如電子自旋，超導(dǎo)磁通和光子極化，這樣存儲在遠(yuǎn)離的兩個Majorana費米子上的拓?fù)淞孔颖忍兀举|(zhì)上極其穩(wěn)固。

“天使粒子”不僅從概念層次上進行顛覆，將修正古典哲學(xué)有正必有反，有陰必有陽的理論；還會從物理層面上進行顛覆，最基本量子單位拆成兩半，可以更穩(wěn)定，科學(xué)將走向技術(shù)。

據(jù)張首晟透露，其最近在斯坦福大學(xué)成立了拓?fù)淞孔游锢碇行?，正在?guī)劃在中國做一個實驗中心，將理論上的設(shè)想在中國土地上真正實現(xiàn)。

除了量子計算之外，張首晟最近在做一個非常新的方向：用人工智能來預(yù)言新的材料。

材料對整個人類起著非常重大的作用，人類的每一個重大歷史時期都用一種材料來命名：比如舊石器時代、新石器時代、青銅器時代、鐵器時代，后來的硅片時代。但過去幾乎所有的材料都是在一種偶然的實驗室情況下被發(fā)現(xiàn)，比如拓?fù)浣^緣體材料是整個人類文明上史無前例的發(fā)現(xiàn)，但這個材料的發(fā)現(xiàn)是在實驗室里偶然的發(fā)現(xiàn)。

這樣材料的發(fā)現(xiàn)過程是無效而高成本的。但張首晟表示，可以用人工智能來改變方法論，用理論來指導(dǎo)實驗的進步，發(fā)現(xiàn)有用的材料。

“一旦這個做成之后，我們不但可以預(yù)言一些有用的無機的材料，我們更可能會預(yù)言一些有機的材料，甚至小分子，可以用它來做精準(zhǔn)醫(yī)療。”張首晟興奮的表示。

以上這兩個重大的科學(xué)研究方向，張首晟都會將其帶回國內(nèi)，與中國合作來做。這是出生在中國的科學(xué)家的張首晟的情懷，也是因為中國科學(xué)在國際上影響越來越大。

張首晟表示，科學(xué)是誤解的，希望自己能夠把中外科技發(fā)展的橋梁工作做好。

而這也正是國家將“2017年度中華人民共和國國際科學(xué)技術(shù)合作獎。”授予張首晟的原因。

其實，除了在科學(xué)研究方向的合作，張首晟還成立了丹華資本，正是配合國家的“雙創(chuàng)”，想要樹立一個“產(chǎn)學(xué)研”三者成功的楷模。

“‘丹華’兩個字，就是想把斯坦福和中國緊密地聯(lián)合在一起。”張首晟表示道。

以下為網(wǎng)易科技對張首晟采訪的部分記錄：

網(wǎng)易科技：您剛剛獲得2017年中國國家國際科學(xué)技術(shù)合作獎，對此獎項您有什么感想嗎？

張首晟：這個醞釀了差不多一年時間，每年新年開始是黨和國家領(lǐng)導(dǎo)的一個比較重大的項目?，F(xiàn)在國家對科技越來越重視。這個是中國對外國公民一個最高的認(rèn)可獎。

中國現(xiàn)在有個普遍的一個現(xiàn)象就是如果有一個固定目標(biāo)的話，我們總能集中很大的精力來攻克。在我們這個領(lǐng)域，我在國際領(lǐng)域上面開辟了拓?fù)浣^緣體的研究。在當(dāng)時還沒有特別受到關(guān)注的情況下，使我們國家的科學(xué)工作者能夠進入這個領(lǐng)域。

所以接下來我們國家給我們自己科學(xué)家發(fā)的很多獎都是在拓?fù)浣^緣體、量子反?；魻栃?yīng)兩個大的領(lǐng)域。這也是我在2006年、2007年在國際領(lǐng)域上面開辟了一個新的領(lǐng)域。我正好在2009年的時候就來到了中國，來做“千人計劃”，這是B類的，就是訪問型的“千人計劃”。所以在這個過程當(dāng)中，能夠把一些最最前沿的課題待到國內(nèi)，這樣我們國內(nèi)的科技工作者一下子就走到非常前沿。

所以總的來說，中國過去幾年在整個世界領(lǐng)域里面取得的科學(xué)上面的一些成就，跟國外的合作也是有關(guān)的。我這次也是非常榮幸能夠得到這個獎，也是認(rèn)可在這個方面做的貢獻。

網(wǎng)易科技：“千人計劃”的科學(xué)家其實還蠻多的。發(fā)給您的理由是什么？因為拓?fù)浣^緣體嗎？

張首晟：是的，拓?fù)浣^緣體和量子反?；魻栃?yīng)的發(fā)現(xiàn)，使得我們中國做出的科學(xué)工作走到了整個世界的前沿。

中國今后在整個科技領(lǐng)域的往前發(fā)展，就是需要有戰(zhàn)略眼光的科學(xué)家。所以在整個科學(xué)領(lǐng)域，有目標(biāo)的話，大家有一個科學(xué)方法論在做；科學(xué)那么寬廣的領(lǐng)域里面，如何去找到好的課題？大海航行是需要靠舵手的。

我們現(xiàn)在對中國也是越來越樂觀，一個是我們在“千人計劃”之后，像我們這樣的科學(xué)家能夠把一些最有前途的研究課題多帶給中國；另外，我們的學(xué)生輩已經(jīng)能夠來到中國做“青年千人”計劃，這樣的話，他們就扎根在中國做科學(xué)研究。所以我覺得我們中國科學(xué)會繼續(xù)往前推進，走向國際的前沿，還是非常有信心的。

網(wǎng)易科技：您后續(xù)跟中國的合作有新的什么計劃嗎？

張首晟：今后會更加緊密的合作。2017年7月份，我們也宣布發(fā)現(xiàn)了“天使粒子”，它尤其是對量子計算機會有很大的推動?，F(xiàn)在國際范圍里面，量子計算機已經(jīng)是一個非常非常關(guān)注的研究課題，但是我們闖出了一個全新的道路?，F(xiàn)在在量子計算機的過程當(dāng)中，一個量子比特非常脆弱，用通常的辦法的話，要做一個量子比特的話，糾錯就需要十個或者二十個量子比特。

這意味著需要十個、二十個糾錯的量子比特為一個真正有用的量子比特來服務(wù)。這樣的話，缺乏可拓展性。

但我們希望用了拓?fù)淞孔佑嬎愕脑碇?，一個量子比特自己不會犯錯，能夠運行下去。這樣的話，肯定是會對整個量子計算帶來很大的革命性的影響。

網(wǎng)易科技：量子計算是目前國內(nèi)外關(guān)注的重點，中國在量子通信方面已經(jīng)做的非常好，比如潘建偉老師。您怎么看待中外在量子計算方面的差距？

張首晟：中國現(xiàn)在還沒有完全開始，還是做了一個比較傳統(tǒng)的量子計算機的規(guī)劃。

我認(rèn)為這些傳統(tǒng)的規(guī)劃必然受到可拓展性的限制。我們通過過去一段時間的合作，已經(jīng)在拓?fù)浣^緣體這個領(lǐng)域里面做了很大的成就，我也是更希望能夠把這個路繼續(xù)能夠跟我們國內(nèi)的科學(xué)家緊密地合作，繼續(xù)把它走下去，更能夠站到科研的前沿。

網(wǎng)易科技：所以這是您未來跟中國合作的一個重要的方向？

張首晟：對，重大的方向。我最近在斯坦福大學(xué)成立了拓?fù)淞孔游锢碇行模缓笪椰F(xiàn)在也在規(guī)劃，在中國做一個實驗中心，把我們的一些理論上的設(shè)想在中國這個土地上能夠真正來實現(xiàn)。

網(wǎng)易科技：會跟大學(xué)有一些合作嗎？

張首晟：對。量子計算除了國內(nèi)之外，美國的話，一些大的企業(yè)也在研究，這也是一個比較罕見的。這個總的來說，量子是一個比較基礎(chǔ)性的研究。谷歌也在做，微軟也在做，IBM也在做，所以這個事情確實是一個戰(zhàn)略制高點。但是現(xiàn)在在整個國際范圍里面，我們提出了一個全新的原理，我們認(rèn)為它最終會成為最成功的一條道路。但是這當(dāng)然是要通過很多的實驗。

另外，國內(nèi)現(xiàn)在對科學(xué)儀器上面做了很大的投入，所以這方面，我作為理論科學(xué)家，是需要很多實驗裝置的配合。

網(wǎng)易科技：目前整個全世界范圍內(nèi)，大家對量子計算的研究進入到哪個階段了，或者有沒有一個詞去形容它。然后中國是處于哪個階段呢？

張首晟：我覺得總的來說，大家還是在摸方向的一個階段。最核心的一點，我覺得就是可拓展性。就像我剛才講的，一個量子比特需要十個、二十個量子比特來為它糾錯，我覺得這個方案肯定是不可行的。

網(wǎng)易科技：您感覺中國在量子計算這方面和國外是有差距的嗎？

張首晟：在量子計算，還是有差距的。

網(wǎng)易科技：更多的差距是一些理論性的差距，還是原創(chuàng)性的差距？

張首晟：我覺得還是沒有一個全新的設(shè)想。國內(nèi)做的很多實驗基本上還是跟風(fēng)，比如國外已經(jīng)做了N的話，他做N+1的，而不是0到1的。我覺得我們最近“天使粒子”的發(fā)現(xiàn)的確是會給整個量子計算領(lǐng)域帶來一個0到1的突破性，最最原始的一個創(chuàng)新。

網(wǎng)易科技：這種創(chuàng)新，您選擇在國內(nèi)做，還是國外也同步呢？

張首晟：因為我在斯坦福能夠收到很多優(yōu)秀的學(xué)生，而且我又做理論，所以我們很多理論的設(shè)計是在斯坦福大學(xué)、在國外做。但是就像我剛才提起，現(xiàn)在國內(nèi)對科學(xué)儀器設(shè)備上面大量的投入，所以我想基本上每一個設(shè)想，把理論工作和實驗工作作為這么一個橋梁的配合。

網(wǎng)易科技：除了量子計算之外，還有其他方向的計劃嗎？

張首晟：另外，在整個研究領(lǐng)域里面，我們最近做了一個非常新的方向，就是用人工智能來預(yù)言新的材料。拓?fù)浣^緣體材料的發(fā)現(xiàn)在整個人類文明上是史無前例的，過去的材料往往在實驗室里面偶然發(fā)現(xiàn)，但是拓?fù)浣^緣體的材料是我們理論上預(yù)言的。材料對整個人類起著非常重大的作用，我們?nèi)祟惖拿恳粋€重大歷史時期都用一種材料來命名，比如舊石器時代、新石器時代、青銅器時代、鐵器時代，到了硅片時代。

但是過去所有的材料幾乎在一種偶然的實驗情況下被發(fā)現(xiàn)，這樣的話，非常無效。但是最近拓?fù)浣^緣體的發(fā)現(xiàn)完全改變了這個方法論，使得我們能夠用理論來指導(dǎo)這個實驗的進步，能夠來發(fā)現(xiàn)這些有用的材料。

一旦這個做成之后，我們不但可以預(yù)言一些有用的無機的材料，我們更可能會預(yù)言一些有機的材料，甚至小分子，可以用它來做精準(zhǔn)醫(yī)療。

網(wǎng)易科技：會考慮引入中國嗎？

張首晟：也會考慮。我是非常有這個情懷，我覺得科技合作獎也是代表了我們中國走向國際化的很好的一個標(biāo)志。因為中國現(xiàn)在的崛起肯定是世界不可阻擋的潮流，但是往往大家也會擔(dān)心中國這個崛起的過程。但在科技領(lǐng)域里可以做緊密的合作，因為科技的合作是無國界的，而整個科學(xué)是無界的、無邊的。這樣的話，我們這樣一起造福于整個人類。

網(wǎng)易科技：除了情懷這方面，國內(nèi)的科研環(huán)境有沒有會讓您覺得更好一些呢？

張首晟：其實我在斯坦福大學(xué)絕大部分的學(xué)生都是來自中國的名校，尤其是清華大學(xué)。所以2009年來到清華大學(xué)，就是在楊振寧先生創(chuàng)辦的高等研究院做訪問學(xué)者，做特聘教授。所以我覺得中國教育的根基其實做得非常好。我們在整個科研過程當(dāng)中，理論物理非常需要一個很有功底的學(xué)生來做。所以在這上面，我也是非常受益于來中國的訪問和清華大學(xué)的交流。

網(wǎng)易科技：您感覺目前中國大家對科學(xué)的氛圍怎么樣？

張首晟：我覺得大家是越來越重視，在整個GDP上面已經(jīng)有相當(dāng)大的比重是投入于科學(xué)，在整個宣傳方面也是非常注重對科學(xué)家的宣傳。

另外還有兩點，一個是中國聰明優(yōu)秀的學(xué)生，一個是中國現(xiàn)在科學(xué)儀器上面大量的投入，使得我們一些設(shè)想能夠很快地經(jīng)過實驗的論證。

今天的演講也提了這一點，就是要讓科學(xué)家們得到整個社會的尊重。現(xiàn)在是大家最最關(guān)注科學(xué)的時候。

所以在這個時刻，我也是感到責(zé)任是非常重大的，真是想把這個橋梁作用能夠做好。尤其中國最最需要的，就是我能夠貢獻的那一部分，就是現(xiàn)在需要有一個方向，就是科研在那么多可以選擇的科研課題上面，到底去選擇哪一個最能夠為整個人類帶來最新的知識，能夠真正造福于人類。

網(wǎng)易科技：我們知道除了科研，您還創(chuàng)辦了丹華資本。

張首晟：對，丹華其實也是為了配合我們國家的“雙創(chuàng)”。我們國家的“雙創(chuàng)”最需要的是，要有一個“產(chǎn)學(xué)研”三者成功的一個楷模，而斯坦福大學(xué)就是一個“產(chǎn)學(xué)研”非常成功的典范。丹華的理念，首先是一個三角形，就是“產(chǎn)學(xué)研”。然后有兩個大的跨界，一個是把科學(xué)研究的前沿和投資緊密聯(lián)合在一起，一個是要建立中國和美國的橋梁。

創(chuàng)立丹華資本，跟我們國家的命運緊密結(jié)合在一起，這個是配合我們國家“雙創(chuàng)”的機會。那么“雙創(chuàng)”的話，現(xiàn)在我們國內(nèi)商業(yè)模式的創(chuàng)新其實已經(jīng)挺多了，但是真正要做前沿科技的創(chuàng)新，并且把前沿科技的創(chuàng)新能夠早日轉(zhuǎn)換成能夠造福于人類的一種產(chǎn)品。這樣的話，我覺得需要有“產(chǎn)學(xué)研”上面的一個楷模。

而斯坦福大學(xué)在這方面做得非常成功。我當(dāng)年在斯坦福大學(xué)做教授的時候，也成功地投資過VMware這家公司，所以我也是為了響應(yīng)“雙創(chuàng)”的號召，能夠真正地配合我們國家的“雙創(chuàng)”。所以“丹華”兩個字，就是想把斯坦福和中國緊密地聯(lián)合在一起。

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