80后教授陸朝陽：致力于量子研究、屢獲國際殊榮

杜偉 陳萍

自 2017 年榮獲歐洲物理學會頒發(fā)的菲涅爾獎和 2020年初美國光學學會頒發(fā)的阿道夫隆獎章，這位 80 后教授在量子領域的研究成果再次獲得了國際上的認可。

當?shù)貢r間 10 月 7 日，美國物理學會（APS）宣布，授予中國科學技術大學陸朝陽教授 2021 年度羅夫 · 蘭道爾和查爾斯 · 本內特量子計算獎（Rolf Landauer and Charles H. Bennett Award in Quantum Computing），以表彰他在光學量子信息科學，特別是在固態(tài)量子光源、量子隱形傳態(tài)和光量子計算方面的重要貢獻。

該獎項由美國物理學會于 2015 年設立，部分由國際商業(yè)機器公司（International Business Machines Corporation）資助，旨在表彰蘭道爾以及本內特兩位先驅科學家在信息與物理領域基礎性發(fā)現(xiàn)方面的開創(chuàng)性工作。其中蘭道爾提出了蘭道爾原理——擦除一個比特所需最小能量，而本內特首次提出可逆計算思想、和科研伙伴一起提出量子密鑰分發(fā)和量子隱形傳態(tài)方案。

具體而言，該獎項旨在表彰那些在量子信息科學方面具有杰出貢獻的人，特別是在利用量子效應實現(xiàn)經(jīng)典方法無法完成的任務方面做出杰出貢獻的科學家。獎項每年頒發(fā)一次，包括 5000 美元獎金和一份證明獲獎者所作貢獻的證書，并在獲獎者出席 APS 會議領取獎項和應邀演講時提供旅費津貼。

此外，該獎項旨在評選出一位完成博士學業(yè) 12 年內、并在過去 10 年中在量子計算研究領域做出突出貢獻的青年科學家。獲獎研究既可以是一項單獨的工作，也可以是以往貢獻的總和，重點是要促進量子信息處理技術的理論理解和技術現(xiàn)狀的發(fā)展。如果被提名人已經(jīng)獲得過 APS獎項，則該獎項授予的研究必須與先前獎項認可的工作完全不同（或者至少有實質性進展）。

該獎項自 2015 年設立以來，已有四位獲獎人，他們分別來自美國麻省理工學院、加州理工學院、瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院和澳大利亞新南威爾士大學。陸朝陽教授也成為了國內首位獲此獎項的科學家。

陸朝陽 1982 年出生于浙江東陽，現(xiàn)為中國科學技術大學教授和博士生導師。自學生時代起，陸朝陽便一直致力于量子方面的研究，并陸續(xù)取得了一系列重要進展，也為自己贏得了諸多榮譽。

陸朝陽于 2000 年考入中國科學技術大學，本科畢業(yè)后，他被保送至合肥微尺度物質科學國家實驗室，師從潘建偉院士從事光量子信息方面的研究工作，自此開啟了他的量子研究生涯。

2007 年，還在讀碩士的陸朝陽作為第一作者在國際上首次實現(xiàn)了對六光子糾纏的操縱，制備了“薛定諤貓態(tài)”和“簇態(tài)”，刷新了當時兩項世界紀錄。該研究成果發(fā)表在了 2007 年 2 月份的《自然 · 物理學》雜志上，并且入選了兩院院士評選的年度中國科技十大進展新聞。

同年，陸朝陽在國際上首次用光子比特演示了量子信息領域最重要的算法：肖爾大數(shù)分解算法。這項研究成果獲得了美國物理學會的專題報道，并入選了教育部評選的年度中國高等學校十大科技進展。

2008 年，陸朝陽以全額獎學金進入劍橋大學卡文迪許實驗室，轉向固態(tài)量子光學的研究，開啟了他的海外求學生涯。博士期間，陸朝陽以第一作者首次觀測到單電子自旋的實時量子躍遷和非破壞性測量，為固態(tài)量子計算解決了一個基礎性難題，相關研究成果在《自然》雜志上發(fā)表。2011 年初，在攻讀博士學位不到三年的時間里，他順利地完成了博士論文和答辯，并入選了劍橋大學丘吉爾學院的 Fellow。

完成博士答辯后，陸朝陽選擇了回國，以期為祖國的量子研究貢獻自己的一份力量。28 歲時，陸朝陽成為了中國科學技術大學最年輕的教授。此外，他還與潘建偉院士團隊保持密切科研合作，并帶領幾名年輕的學生組建了固態(tài)量子光源新實驗室，并先后在量子計算、量子通信、多光子糾纏和光子操控等領域取得重要進展。

2012 年，在多光子糾纏和光學量子計算領域，團隊打破之前的六光子記錄，首次實現(xiàn)八光子糾纏，繼續(xù)在多光子糾纏領域保持國際領先。相關研究成果在《自然·光子學》雜志上發(fā)表。

在可擴展固態(tài)量子計算方面，陸朝陽等首創(chuàng)脈沖共振熒光技術，克服了十多年來阻礙單光子源品質的瓶頸問題，實現(xiàn)了國際上最高品質的高效率單光子源。

2017 年，利用自主發(fā)展起來的高性能單光子源，陸朝陽在國際上率先實現(xiàn)了超越人類歷史上第一臺電子管和晶體管計算機的量子模擬原型機。光量子計算機原型機在“玻色取樣”速度方面比國際同行加快至少 24000 倍，和經(jīng)典算法比較，也比人類第一臺電子管計算機和第一臺晶體管計算機運行速度快 10 倍至 100 倍。該研究成果同樣在當年的《自然·光子學》雜志上發(fā)表，并入選了美國光學學會評選的“年度國際光學重大進展”。

自學生時代以來，陸朝陽已在《自然》及其子刊、《近代物理評論》、《美國科學院院刊》、《物理評論快報》這些國際頂級學術期刊發(fā)表了 40 余篇論文，可謂碩果累累。這些研究成果也為他帶來了諸多榮譽。

2015 年獲國家杰出青年基金和國家自然科學一等獎；2016 年入選美國光學學會會士；2017 年獲得了歐洲物理學會頒發(fā)的“菲涅爾獎”；2019 年獲得了“仁科芳雄亞洲獎”，以表彰他在“基于單光子的量子信息科學方面的杰出貢獻”；2020 年獲得了美國光學學會阿道夫隆獎章，今年是該獎章設立 80 周年以來中國科學家在本土的研究工作首次獲得該獎。