钱江晚报·小时新闻 首席记者 王湛
通讯员 梅子仪 邱伊娜 柯溢能
最近，浙江大学公布了新一批竺可桢奖学金得主名单，物理系凝聚态专业博士生宋超便是其中之一，这也是他第二次获奖。
宋超略带腼腆地坐在椅子上，在他的身后，是一个巨大的白色圆柱形设备，四周接满了各式各样的电源线路。那是宋超参与搭建的高性能多超导量子比特测控平台，此时此刻，量子信息正在这个平台里自由舞蹈。
竺可桢奖学金是浙江大学为纪念已故校长竺可桢，于1986年设立的校内最高荣誉，每年仅评选12名本科生和12名研究生。
制备20超导量子比特芯片
实现对量子信息的高精度操控
两年前，正在读硕士研究生的宋超，便曾凭借多项科研成果第一次获得竺可桢奖学金。
2017年，宋超和团队制备出具有10个超导量子比特的量子芯片，打破了原有的在固态量子器件中生成纠缠态的9量子比特数目的世界纪录。今年，宋超和团队将超导量子比特数芯片上的量子比特数推至20。
量子是现代物理中的一个重要概念，一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位，则这个物理量是量子化的，最小的单位称为量子。简单来说，量子是一系列微观粒子的统称。
量子系统的各种相关特性是带有信息的，比如一个或几个处于纠缠状态的量子会携带若干信息，我们可以对这些信息进行计算、编码个信息传输，而量子比特就是存储量子信息的基本单元，对应经典计算机中的比特。
每个量子比特的信息可以用超导电路来承载，这些超导电路集成起来，就成为了宋超所在的团队制备的超导量子芯片。
宋超介绍，国外的研究机构曾有过20、50甚至70超导量子比特的芯片的报道，但是这一次他们制备出20超导量子比特芯片的意义在于实现了对量子信息的高精度操控。
宋超说:“因为量子信息非常脆弱，操控它们对于控制噪音和控制精度有着非常高的要求。
“我们做了很多设计，不断地测试反馈，再重新设计，优化芯片架构，改版了三四次，历时两年，才设计出现在的多量子比特芯片。”
对量子信息的高精度操控，是实现量子模拟或量子计算的前提。
通过量子模拟，研究者能发现更多原子分子的运行规律，进行新药物和新材料的研发；还能建立模型，对问题进行优化。
宋超说，问题优化就好像在群山中寻找最低的山谷。从起点出发，传统计算机若要找到最低的山谷，需要不断翻山越岭；而量子模拟则相当于提供了穿山的隧道，有助于更容易地找到最低的山谷。这在最优物流线路设计等实际问题中有所应用。
而量子计算则能够帮助人们分析大数分解，在提高信息安全性方面大有作为。
因研究量子放弃保研和出国
在浙大做到了世界一流
2011年，宋超进入浙江大学，就读于竺可桢学院和物理学系联合成立的求是物理班。他对量子的兴趣开始于大二。
“当时班里十分鼓励我们多和做前沿研究的老师们交流，了解相关的情况。”于是他拜访了很多老师和实验室，尝试接触了不同的物理学研究领域，逐渐培养了对量子力学研究的兴趣。“我觉得兴趣的产生是一个循序渐进的过程。”宋超说。
大四时，他放弃保研准备出国，但当时他正做毕业设计实验，希望利用几何量子相位开发一种新型多量子比特逻辑门。这让他停下了升学的脚步。
“当时我沉浸在科研的状态里，不想因为出国而放弃实验，想要有始有终。”于是他搁置了升学计划，一门心思投入到实验中。
宝剑锋从磨砺出，最终他们实现了当时世界上精度最高的四量子比特逻辑门，成果发表在Nature子刊上。实验结束后，宋超发现自己对量子依然有浓厚的兴趣，想要继续做研究。在思考未来何去何从时，导师的一番话让他突然找到了方向。
“我的导师对我说，‘你留下来，我们在这里可以做出世界一流的成果’。确实，现在我们做到了。”宋超的话语里有感激，也有自豪。
因此，在做了一年科研助理后，2016年，宋超通过考研再次进入浙大。
在普通人眼中，量子的世界离日常十分地遥远。宋超笑着说，每个物理学系的本科生在初入学时，都会经历三观的重建，他也不例外。
宋超说，在微观世界里，原子和分子都按照量子力学的特有规律运动，而我们所熟知的经典物理定律，比如牛顿力学，是无法应用到微观的量子世界的。
“但有意思的是，当微小的原子和分子不断累积，成为我们平时能看见的宏观物体，它们所带有的量子特性就消失了，转而按照经典物理学的定律运动，这很挑战人们的三观，仿佛微观世界与宏观世界脱钩了。”宋超说。“这就是量子力学有意思的地方，它与经典物理学之间的矛盾，让二者格格不入。”
在20量子比特芯片上制备薛定谔猫态的概念展示图
躺在被窝里还在做实验
研究中的困难都很“interesting”
科研占据了宋超生活的绝大部分，他说，强度最大的时候自己凌晨三四点才离开实验室，早上八九点就又回去了。
最近几年，实验室逐渐实现了自动化，通过电脑就可以操控实验设备，测量实验数据。“我放假在家，躺在被窝里，还可以看着电脑，就可以操作实验仪器了。”宋超笑着说。
他这么拼，放假在家也不忘关注实验室，很多人觉得他是工作狂。“但其实并不是，”宋超打了个比方，“我们用电脑操控实验设备，就像一些人爱玩电脑游戏，唯一的区别在于，游戏里的场景和画面会出现在屏幕上，而对于我们来说，看到电脑上的实验数据，就能直接脑补量子运动、纠缠的神奇画面。”
出了实验室的宋超热爱运动，本科时就喜欢一大早五六点起来跑步。现在，他还保留着每两到三天定期跑步的习惯，只不过时间从清晨变成了晚上。
“夜里七八点，操场上人很少，光线也很暗，当我跑起来，我感觉自己和大地融为一体共呼吸。”宋超很享受这种大脑放空的时刻，最多时一口气能跑10公里。
对于宋超而言，科研已经成为他的一种生活状态，面对研究过程中的困难和挫折，他的心态也被磨练得更加平稳。
“我现在遇到困难的第一反应，是觉得它很‘interesting’（有趣的）！”宋超说，“我会停下来，冷静地回顾、分析哪里出了错，而不会一味地追求结果。”他希望自己每天都有新想法、新收获，不断积累技术经验。
在制备20超导量子比特时，宋超和一位师兄遇到了奇怪的现象，“一些量子比特之间好像存在某些未知的相互作用，量子信息会转移。”
“当时我们还和导师争论了很久，”宋超笑了笑说，“最后我们静下心来，先暂停了原先的实验，设计了一系列另外的实验研究这个问题。最后发现，这是一个以前物理学家曾提出过却没有在实验中验证过的新物理现象。”
这个小插曲让宋超觉得研究过程变得更有意义，“研究中确实会出现很麻烦的情况，但当你静下心来去探究，可能就会有意外的收获。”
一般人对于量子的认识还十分有限。宋超认为，普通人能够了解到量子的存在就已足够。“而对于研究者来说，我们希望有进一步的研究成果，推进量子模拟和量子计算，更好地为一些基础科研领域服务。”
宋超正在稀释制冷机旁操控量子芯片
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