引言
书声伴露霜，笔影舞冬阳，2024年12月13日中午，第十三期“竺林论道”院友沙龙在紫金港校区北2教学楼120顺利举行。本期活动邀请到竺可桢学院2011级物理学（求是科学班）院友，浙江大学物理学院百人计划研究员、博士生导师宋超担任嘉宾，分享他在量子计算领域的真知灼见。竺可桢学院发展联络专员危宇頔老师出席本次活动。
活动引入
正式开讲前，宋超院友先用一个小游戏作为引入：向同学们展示了一个白色的盒子，盒子上有两个黑点A和B。当他询问同学们哪个点更黑时，全场同学都投了A点。随着盒盖掀开，谜底却令人出乎意料——A点是一个洞。“再黑的笔画的点也比不过这个洞，尽管盒子内部是白色，但当盒子盖上后，就形成了一个至黑的点。其实这就是一个黑体。”借此，他向同学们解释了黑体这一概念，由此引入了后续对量子世界的讲解。
大咖分享
宋超院友首先给同学们科普何为波粒二象性。为什么激光透过缝隙后却变成了一条条的光栅？为什么一束光打在硬币上形成的影子中间会有亮斑？这些看似匪夷所思的现象背后其实都蕴含着光的波动性。通过生活化的例子与细致入微的阐述，他向同学们深入浅出地介绍了微观世界中的物理规律。从最初牛顿提出光子说，到泊松亮斑验证光的波动性，再到德布罗意认识到物质的波粒二象性……宋超院友详细地介绍了量子力学螺旋上升式的发展，并引用爱因斯坦的一句话：“整整50年的思考，都未使我更接近回答光量子是什么的问题”，道出量子力学发展的不易。他还坦言，人们不断探知自然规律的求是精神正是科学最有魅力的部分，他也因此而爱上科研。随后，宋超院友列举了量子力学在日常生活中的种种应用，诸如半导体、激光等。
谈到量子计算的出现，宋超院友指出，随着对量子力学认识的加深，人们发现传统计算机在解决微观世界的问题时遇到了障碍。另一方面，由于摩尔定律的存在，半导体晶体管计算机的性能被能耗、量子效应等因素框定了上限。基于这些问题，发展量子计算机变成了很自然的方向。与传统计算机相似，量子计算机依旧是依循二进制来进行计算。但不同于半导体芯片用电脉冲信号表示“0”和“1”，量子计算机使用量子比特对信息进行编码，其优势在于量子可以处于叠加态——这意味着随着比特数的增加，量子比特能处理的信息会呈现指数级增加，计算速度和效率都会极大提升。另外，由于量子计算本身便是基于量子原理，因而其在处理量子世界问题也展现出极大优势。宋超院友还列举了谷歌发布的集成100比特的量子芯片willow来说明量子计算的飞速发展和广阔前景，并向同学们展示了他们实验室研究的超导量子计算成果。提及自己的研究成果，宋超院友分享了科研过程中经历的种种成就与挫折，并十分感谢团队中的每个成员。他很自豪地说：“在量子芯片的关键指标上，我们浙江大学团队已达到国际先进水平。”
2020.11.22
小雪
“量子计算仍有很长的路要走。”宋超院友坦率地承认了量子计算当前存在的不足。一方面，由于量子计算的精度还远远不够，用于计算的逻辑比特也极难精准操控，且容易受到外界的干扰而导致计算结果不准确；另一方面，量子计算机在一些量子多体问题求解方面展现出强大的潜力，但在更多的应用场景中的有用性还有待探索。总的来说，量子计算擅长于研究量子世界的一些物质，或用基础的量子比特构筑一些新的物质。“至于用它来破解比特币，实际上我们离这个目标还很远。”宋超院友笑谈道。
道阻且长，行则将至。最后，宋超院友提出了两点展望，留给同学们思考与探索：一是如何通过叠加量子比特的数目实现误差率的下降；二是如何开发出一些真正实用，且超越经典计算机的量子算法。
2020.11.22
小雪
交流互动
嘉宾分享结束后，进入了交流提问环节，同学们踊跃提出自己有关学术和自身发展的疑问。
问
对于微观世界问题，传统计算机几乎无法处理。但今年的诺贝尔化学奖得主就是通过人工智能手段在经典计算机上实现了“蛋白质结构预测”。您如何评价这一问题？
答
事实上，最近的这个突破是基于很高的算力，在学习方面需要消耗非常多的资源。而且这种方法也不是万能的，有点像是模仿蛋白质折叠的行为。但是量子计算可以从构成蛋白质的原子进行解析计算，背后的机理更为贴近本质，也就无需大量的学习了。
问
在科研过程中，失败是常态。您觉得我们作为即将步入科研的大一新生，该怎么面对这些失败呢？或者说从失败中学到什么呢？
答
我想失败是常态这句话确实在我身上发生非常多次了。我举一个简单的例子，我刚才讲到制备量子的薛定谔的猫态，但是在制备过程中总是受到一些奇怪的相互作用影响导致实验结果很差。我当时非常沮丧，但是我的老师觉得这是一个很好的机遇。他认为在科研过程中遇到一些难以理解的事情是非常正常的，这代表有新东西等待发现。在他的指导下，我们暂时放下了制备任务，转而专心研究这个问题，并在后来确实发现了一个新的规律。理解清楚原因后，再回过头来重新开始实验，就一气呵成了。所以现在遇到的问题很可能就是机遇，你可以换个角度思考，最后再重新去思考这个问题，可能会有一些新的收获。
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问
如果选择量子计算这个方向，是否需要特别雄厚的计算机基础，相当于要和计算机进行学科交叉？
答
我是物理学专业的，也自认为对编程比较感兴趣，但显然到不了计算机系同学的水准。所以我想这就是交叉的意义，不需要各个方向都非常精通，但是需要非常好的合作精神。量子计算相当于一个大的科学装置，也涉及很多领域，我们是物理学团队，但事实上我们和计算机软件学院的老师也有很深入的沟通和合作。像我们团队主要是关注超导量子芯片，计算这部分可能确实需要和计算机领域的同事合作才能取得比较好的成果。
问
您的求学经历是本科和研究生都在本校，也留校任职了。想知道您是怎样在每个阶段做出选择呢？您认为您哪方面做的比较好，最后取得这样一个优异的成绩的呢？
答
优异不敢当，但是确实一路是在迷茫和坎坷中过来的。有时候选择也不是我主动做出来的，本科阶段我本来要申请出国，但是最后选择留在王浩华老师的实验室。原因是当时我发现这个实验团队的芯片技术实际上是非常先进的，我几乎每天都能在里面学到新的东西。我想如果我有好成绩的话，后面出国机会还有很多。所以我认为选择的方向未来个人的成长空间有多大，是很重要的。
尾声
活动最后，危宇頔老师为宋超院友送上竺院办学四十周年纪念品并合影留念。
量子铸芯，超算未来。相信竺院学子能在本次活动中感受到量子计算的无穷奥秘，以求是精神共铸未来之科学基石。“量子计算漫谈”——第十三期“竺林论道”院友沙龙圆满落幕。
文案 | 陈映东
图片 | 王秋粤
排版 | 余奕嘉
审核 | 危宇頔
