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原清華副校長薛其坤院士任南科大校長,中國新一輪量子革命將至

http://finance.sina.com   2020年11月19日 19:12   北京新浪網

  來源:新智元

  編輯:小勻、衛民、白峯

  南方科技大學將迎來新任校長!

  據南方科技大學官網‘現任領導’頁面更新顯示,中國科學院院士,清華大學黨委常委、副校長,北京量子信息科學研究院院長薛其坤教授已於2020年11月接任南方科技大學校長。

  而在‘南方科技大學貼吧’上,也有人貼出了‘南方科技大學幹部大會’的現場照片,並稱‘新校長來了’。

  薛其坤,男,漢族,1963年12月生,今年57歲,山東蒙陰人,中共黨員,博士,教授,中國科學院院士。

  這是南方科技大學的第三任院士校長,此前的創校校長朱清時、2015年上任的陳十一也都是院士。

  曾爲中央領導講課,被稱爲‘物理界男神’‘7-11教授’的薛其坤出任南科大新校長,會帶領這所十歲的高校創造新的輝煌嗎?

  物理界男神,考研‘三戰’,永不疲倦的‘7-11教授’

  薛其坤是一個地道的山東人,至今仍說一口山東口音的英語(被戲稱爲shandonglish)。

  薛其坤從小在山東蒙陰農村長大,他後來還很懷念這段時光。

  ‘小時候沒人管啊很自由。那時候小學教育不是很正規。但是,傳統的倫理道德,讓我們不知不覺形成比較健全的人格。’

  從蒙陰一中高中畢業後,薛其坤考入了山東大學光學系,1984年畢業於山東大學光學系激光專業。

  本科畢業的薛其坤開始準備考研,但這個過程卻並不順利。

  據坊間傳聞,1984年,薛其坤考研報考哈爾濱工業大學,高等數學只考了39分;兩年後,報考中科院物理所,這次物理只考了39分。

  雖然深受打擊,但他依然堅持,‘三戰’之後,薛其坤終於考研成功,於1987年進入中國科學院物理研究所凝聚態物理專業。

  考研屢敗屢戰,讀研也頗爲曲折,他花了7年時間才完成碩士和博士學業,於1994年獲得博士學位。

  從2005年起,薛其坤進入清華大學物理系工作,同年當選中國科學院院士,2013年起任清華大學副校長。

  在中國物理學界,薛其坤被稱爲‘男神’。

  在2015年‘求是獎’頒獎典禮上,年輕的復旦大學教授張遠波直接赤裸裸地表示,薛其坤老師是我們心目中的男神。

  在業內,薛其坤還因爲其孜孜不倦,刻苦鑽研的學術態度,被同行戲稱爲‘7-11教授’。

  這種勤奮的習慣一直保持至今,後來雖然陸續評了院士、當了清華副校長,但只要在學校裏,都是每天工作到十一二點回去休息。

  給中央領導講課,量子科技正式上升爲國家戰略

  10月16日,中共中央政治局就量子科技研究和應用前景舉行第二十四次集體學習。

  領導人在主持學習時指出,要充分認識推動量子科技發展的重要性和緊迫性,加強量子科技發展戰略謀劃和系統佈局,把握大趨勢,下好先手棋。

  量子科技正式上升爲國家戰略!

  而這次爲政治局的領導們‘講課’的,正是薛其坤。薛院士就量子科技相關問題進行了講解,提出了意見和建議。

  薛其坤在現場講了什麼,又提了哪些意見建議,官方並未披露。

  但從領導人在集體學習後的表態以及十四五規劃建議將‘量子信息’列在需要重點發展的‘有前瞻性、戰略性的國家重大科技項目’的第二位,就可以看出薛院士講解對中央的決策產生了很大的影響。

  爲什麼中央如此重視量子科技?

  領導人在發言中提到,‘量子科技發展具有重大科學意義和戰略價值,是一項對傳統技術體系產生衝擊、進行重構的重大顛覆性技術創新,將引領新一輪科技革命和產業變革方向。’

  實際上,作爲一項具有重大顛覆性的技術創新,量子科技近年來受到了許多國家的高度重視。

  美國、日本、以及歐洲的一些國家近幾年來都在加快量子科技領域的佈局。

  就在中央政治局學習的前一天,美國國務院在10月15日發佈了《關鍵與新興技術國家戰略》(National Strategy for Critical and Emerging Technology)。文中詳細介紹了美國爲保持全球領導力而強調發展“關鍵與新興技術”,明確了20項關鍵與新興技術的清單,其中就包括量子信息科學。

  而此前在2018年12月,美國總統川普還正式簽署了《國家量子計劃法案》並生效,計劃未來十年內向量子研究注入12億美元資金,並由美國能源部、國家標準與技術研究院、國家科學基金會配合聯邦政府共同落實量子計劃相關項目。

  另外據路透社消息,歐盟各國領導人將宣佈,他們希望在歐盟預算和復甦計劃下,在未來7年向歐盟國家提供的1.8萬億歐元中‘相當大的一部分’投資於超級計算機和量子計算、區塊鏈、人工智能、5G移動網絡及安全通信等領域。

  日本也在2016年10月宣佈要發展量子神經網絡等量子計算解決方案,並在2017年11月宣佈推出量子神經網絡(QNN)裝置。

  可以看到,在‘量子科技’這項可能改變未來世界的顛覆性技術面前,世界主要國家都已高度重視,紛紛佈局,搶佔制高點。

  中國自然也不能落後。

  量子反常霍爾效應的實驗發現,楊振寧稱爲‘諾貝爾獎級別’的成就

  薛其坤的主要研究方向爲掃描隧道顯微學、表面物理學、自旋電子學、拓撲量子物理和高溫超導電性。他曾帶領團隊首次從實驗上觀測到量子反常霍爾效應,這是我國物理學家在過去40多年發現的最重要的全新物理效應。

  量子反常霍爾效應,在凝聚態物理領域有着極其重要的地位,整數量子霍爾效應和分數量子霍爾效應分別於1985年和1998年獲得諾貝爾物理學獎。

  量子反常霍爾效應意味着在零磁場中,霍爾電阻跳變到約25800歐姆的量子電阻值。

  要實現這個量子跳變,實驗材料必須同時滿足三個苛刻的條件:材料的能帶結構必須是可拓撲的,從而具有導電的一維邊緣態;材料必須具有長程鐵磁序,從而存在反常霍爾效應;材料內部必須爲絕緣態,不會導電。

  ‘這就如同要求一個人同時具有短跑運動員的速度、籃球運動員的高度和體操運動員的靈巧,其難度可想而知。’

  西方國家的頂級科學家們攻堅多年,也未能找到同時滿足這三點的材料,而薛其坤院士帶領的團隊做到了。

  2012年10月的一個晚上,薛其坤院士收到學生短信:在實驗中發現了量子反常霍爾效應的跡象!實驗材料在零磁場中的反常霍爾電阻達到量子電阻的數值並形成一個平臺,同時縱向電阻急劇降低並趨近於零,這是量子反常霍爾效應的表現。

量子反常霍爾效應的實驗發現的最終測量樣品和數據量子反常霍爾效應的實驗發現的最終測量樣品和數據

  無論是英偉達、AMD還是英特爾,都面臨着算力見頂的問題,量子反常霍爾效應可能會幫助突破摩爾定律的瓶頸,爲半導體產業帶來新一輪革命。

  2019年,量子反常霍爾效應的實驗發現獲得國家自然科學一等獎,也被著名物理學家楊振寧稱爲‘諾貝爾獎級科研’。

薛其坤和他的「量子反常霍爾效應夢之隊」薛其坤和他的‘量子反常霍爾效應夢之隊’

  第二次量子革命興起,全球互聯網進入量子時代!

  處在科研革命的前夜,想象力都開始變得匱乏。量子信息技術是新一代戰略性信息技術,具有真正顛覆世界的重大意義。

  成立於2017年的北京量子科學研究院,瞄準世界量子物理與量子信息學最前沿和國家量子領域戰略急需,有國內外頂級人才的加盟,代表着量子領域全球科學的最前沿。

  在9月份新智元承辦的創新之源大會上,清華大學副校長、北京量子信息科學研究院院長薛其坤院士深度剖析了未來的量子技術,並談到了當前的量子革命。

  ‘量子科學可以說是人類建立的一個最基礎,也是最精確、最深奧的科學體系,大家可能經常會聽到薛定諤的貓,這個貓可以是活的,也可以是死的,在測量之前沒人知道,存在着一個不確定性。

  每一個年代都會有新的技術催生出新的革命,上世紀五十年代晶體管和半導體等技術的發展就催生了信息時代。

  量子計算、量子通信、量子精密測量和傳感技術的興起和發展,正在推動信息技術向量子信息技術跨越,將可能導致新的技術革命。

  ‘如果說第一代量子革命是認識量子世界、發展技術的話,我們人類在這個世紀初逐漸迎來一個新的時代那就是第二次量子革命’。

  ‘我們可以用以前發現的量子規律主動設計一個量子芯片,大家現在常說的量子計算、量子通信,還有很多量子精密傳感,都是在此基礎上發展起來的技術。’薛其坤提到。

  通用量子計算機研製難度堪比人類登月

  量子計算機相對經典的計算機,不一樣的地方,它的晶體管是一個量子體系。

  薛院士給大家舉了一個簡單的例子,經典的計算機只懂0和1,大家都知道2的10次方是1024,也就約等於10的三次方,2的60次方約等於10的18次方。現在最大的超級計算機包含4-5萬CPU,每個CPU包含幾十億晶體管。

  理論上,60個理想邏輯比特組成的量子計算機,可以達到經典超算的算力,但是按照目前技術水平,上百萬個物理比特才能構成一個邏輯比特,而邏輯比特的實現任重道遠。

  ‘當然這個量子計算機的研製比人類首次登月還要困難,對做計算機、控制的人來講這是一個極大的挑戰。’

  量子霸權誰與爭鋒:世界強國紛紛入主

  大會上,薛院士提到,發展量子技術具有極強的戰略意義和時代意義。今天的量子技術,就好比上世紀50年代的半導體技術。

  2018年美國出臺了量子信息科學國家戰略綱要上,歐盟也出臺了《歐盟量子旗艦計劃》,計劃到2022年,總投入6.5億歐元。德國也出臺了自己的量子技術計劃,每年投入1億元來發展,各個西方科技強國高度重視,每個國家都出臺了國家層面的計劃,積極參與到量子革命中來。

  去年10月24日,谷歌用53個量子比特的計算機做了一個特殊的非通用計算任務,對一個量子隨機數生成器的輸出進行採樣,只花了200s就完成了目前世界上最快的超級計算機一萬年才能完成的任務。未來,有了量子計算機,我們對高密度芯片的需求就沒這麼大了。 

  量子技術將給存儲等領域帶來革命性進步

  現在世界上產生的數據量預計有40ZB,如果一個硬盤的存儲量是1T,一個ZB相當於10億個硬盤,這麼多數據怎麼存下來?現在量子技術有可能發揮作用。

  全世界目前擁有的數據超過3000ZB,光維持數據中心需要的電費就高達2400億人民幣,將來大數據繼續研發下去,能耗必須降下來。

  薛院士提到,量子技術可以發揮大作用。假如一個原子可以存儲一比特信息的話,那麼一個硬件就可以存儲幾百年的信息,量子就是這樣高密度的信息存儲介質。子技術的應用將給高密度、低能耗的信息存儲也充滿了很多想象的空間。

  未來,量子計算、量子通信、量子精密測量和傳感技術將成爲量子信息技術發展的重點內容,有可能引領新一輪的技術革命。

  薛院士總結到,量子效應的發現和應用,給信息技術帶來了無限的想象空間,全球互聯網將從電子時代跨越到量子時代。

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