世界因女科學家而美

陳冰

從宇宙空間的物理探索，到神經細胞的基礎研究，從量子計算、利用流星余跡通信，到情緒解碼以及癌癥的攻克與治療……女科學家們再次用獨有的執著、細膩與熱情詮釋了“世界因科學而美，科學因女性而美！”

2015年歲末，中華全國婦女聯合會、中國科學技術協會、中國聯合國教科文組織全國委員會及歐萊雅中國共同舉辦的第十二屆“中國青年女科學家獎”頒獎典禮在京舉行。獲獎的9位女科學家中既有碩果累累的知名科學家，也有異軍突起的“80后”新銳，其中不少不僅是學霸、學神，還是?；壢宋?。

不靠顏值，靠實力，為女科學家們的執著與信仰點贊。

量子計算的

世界紀錄保持者

《量子物理學》繪本是什么？Facebook創始人馬克·扎克伯格為什么要給他初降人世的小寶寶看這本書？“云計算”、“大數據”等新概念甚囂塵上，在芯片制造工藝不斷逼近物理極限的當下，一旦摩爾定律失效，我們靠什么支撐“計算無處不在的未來”？

微軟、谷歌、英特爾，甚至阿里巴巴的看法竟都出奇地一致——“量子計算”。

要知道，在即將到來的量子時代，量子革命可以創造一切——電動客機、《星際迷航》中的醫學傳感器，甚至是隱形斗篷。

中國科學技術大學物理學院教授彭新華。

對于量子計算，量子計算分解質因數最大數的世界紀錄的保持者，中國科學技術大學物理學院教授彭新華用累累碩果向世界證明——量子計算指日可待。彭新華教授經過刻苦鉆研，她所帶領的科研團隊取得了一系列世界矚目的成就——在國際上首次成功實現探測虛磁場中絕熱模擬量子方針的實驗研究，直接觀察到了統計物理中至今被認為理論的非物理的李-楊零點;提出了新的確定性地、有效地解決無平方因子整數分解經典難題的Gauss sum量子算法;完成了整數“21”和“143”的量子絕熱分解;通過演示一系列重要的量子算法，驗證了量子計算的有效性和可行性。以上種種發現對理論物理意義重大，不僅意味著科學家將探測到以往不能探測的隱藏參數，更是為研究復雜體中的物理想象提供了全新的實驗方法和可能。

盡管目前量子物理研究仍處于起步階段，但彭新華對于它的前景充滿信心。量子計算相比傳統計算有著十分顯著的優勢，一旦量子計算機發明成功，它將給未來世界帶來顛覆性的改變。其中的奧妙就在于，傳統計算機只能用“開”和“關”兩種狀態來控制電流，而量子計算機則具備“開”和“關”同時存在的“疊加態”。經典計算只能依次運算，而量子計算則能同時嘗試所有可能的解。后者的計算能力相比前者不僅能有幾何倍數的增長，更可以完成一些經典計算無法完成的任務。

全球各地的頂尖科研實驗室正在以巨大的熱情追尋著這個夢想，然而迄今為止，世界上真正意義上的量子計算機（谷歌剛宣稱推出了一臺名為D-Wave的量子計算機，但它還“有待觀察”）。如何實現量子計算，方案并不少，但如何在實驗中完成對微觀量子態的操縱簡直難于登天。“已被提出的方法主要有光子的偏振、空腔量子電動力學、離子阱，以及核磁共振等?！迸硇氯A充滿信心地說：“我們的研究主要是基于磁共振技術，這無疑是目前發展最快、成果最多的方案?！?/p>

當下，大數質因子分解已廣泛應用于電子銀行、網絡領域的RSA公鑰加密算法的安全性基礎，它基于一個十分簡單的數論事實：將兩個大素數相乘十分容易，但是想要對其乘積進行因式分解卻極其困難，因此可以將乘積公開作為加密密鑰。1994年，全世界范圍內同時使用了1600個工作站、耗時8個月時間才完成了129位數的分解。如果要用同樣的計算能力來分解250位數則要耗時80萬年——簡直如同愚公移山。與之相較，量子計算機采用Shor算法則可以在1秒鐘之內實現1000位數的因子分解，也就是說，在量子計算機面前，現有的RSA加密算法將無密可保！

“量子計算速度會有數十億倍的提高，這種計算能力的飛躍，將遠遠超越從算盤到當代超級計算機的飛躍。試著想象一下，利用萬億次傳統計算機分解300 位的整數需要150萬年，而量子計算機則只要1秒鐘即可解決，”彭新華激動地說，“毋庸置疑，量子計算機的出現，將對大數據產生革命性的影響?！睙ㄈ灰恍碌挠嬎愀拍?，將真正為人類提供無限的計算能力。

“生命是沿著量子空間悠然前行”。彭新華的美麗人生是對這一量子世界經典名言的最佳注釋。從16歲參加高考義無反顧地選擇物理到現在，彭新華非常慶幸自己的堅持，她語氣堅定地說，“量子物理是一門尖端科學，能在這個領域從事研究我感到自己很幸運，因為我始終對它充滿了濃厚的興趣?！睂ξ粗囊磺斜３峙d趣，并不斷探索，不僅是驅使彭新華探究量子計算奧秘的原生動力，更是這位女科學家對于科學之美的獨到見解。

破解情緒奧秘

為什么人會有“七情六欲，喜怒哀愁”？為什么高興時心花怒放，如步云端，痛苦時又如五內俱焚，墜入深淵？為什么一些特殊經歷會讓人銘記終生？為什么生活條件越來越好，抑郁的人卻越來越多？長久以來，情緒背后的腦神經奧秘一直是個未解的謎，而浙江大學神經科學中心教授胡海嵐和她的團隊正在慢慢地破解這個謎題。

“快樂、悲傷、憤怒、恐懼和厭惡，人主要的情緒活動都是由這5種基本情緒混合而成。就像畫家用紅、黃、藍這3種原色，調配出了畫布上豐富的色彩一樣?！焙估靡豁椕麨門AI-FISH的新技術解釋了各腦區對于喜好或者厭惡的情緒反應編碼模式。找到大腦中和每種基本情緒相關的神經環路，也就破解了情緒的密碼，乃至一些心理疾病的“命門”，比如抑郁癥。

抑郁癥正在成為嚴重影響人類健康的第二大疾病，全球至少有10%的人口受到過不同程度的困擾。然而，發病的成因卻沒有始終明確的定論。為探尋抑郁癥的深層發病機制，胡海嵐團隊從分子與神經環路機制出發，通過蛋白定量質譜分析，電生理以及行為學等多種科學手段，首次證實了抑郁癥的發生和大腦內“βCaMKII”的蛋白激酶分子密切相關，它是調節神經活動的重要蛋白，當它出現在大腦中負責傳遞獎賞信息的核心區域并且表達水平過高時，就會抑制快樂因子“多巴胺”的分泌，并且充當失望使者將負面情緒傳遞給大腦，導致了快感缺失與行為絕望，這也是抑郁癥的核心癥狀。

浙江大學神經科學中心教授胡海嵐。

當下，白領人群的抑郁癥患病率扶搖直上，名人罹患抑郁癥的新聞不絕于耳。對于“患抑郁癥的人都是過于脆弱”、“生活條件優渥就沒有資格抑郁”之類網絡上流行的說法，在胡海嵐看來都過于片面：“在一些猴群中發現，猴王的壓力應激激素比排在第二第三的猴子要高。這和人類社會中的‘CEO綜合征相似，這也是為什么抑郁癥容易在一些業界精英、商界巨子身上發生。”在胡海嵐看來，幸福和憂郁的情緒是相對的，它們的關系甚至是微妙的。一味只追求幸福會容易導致失望，在目標實現的過程中幸福的閾值也會不斷升高。而悲傷的情緒也并不全是有害的，像最近迪斯尼的電影《Inside out （頭腦特工隊）》中展示的，它能引導我們趨利避害，去做出最有利的行動。但是，如果長期沉浸于負面情緒和種種壓力應激，在一定時間內得不到調節，本來只是短暫的情緒變化經過長期積累，就有很可能導致腦功能持久性的變化，引起抑郁癥。

很久以來，人們相信快樂激素的多少對抑郁癥的發病起決定性作用。為此，很多藥物由此研發用于臨床治療，但是這些針對激素的抗抑郁藥物起效慢、靶點廣、副作用大。神經科學研究者正在加緊探尋抑郁癥的深層發病機制，以期找到預防和治療抑郁癥的更好方法。胡海嵐和她的團隊在大腦韁核中的發現為理解抑郁癥發機理以及治療抑郁癥的核心癥狀提供了全新的視角和分子靶點。

在閨蜜眼中，讀初中時胡海嵐就是公認的“學霸”，“是全年級數學最好的女生，輕聲細語，從容淡定，漂亮聰穎”。在美國加州大學伯克利分校攻讀神經生物學博士學位時，胡海嵐的科研目標開始變得明確——揭開情緒的奧秘，掌控大腦神經環路的“編程”。在胡海嵐看來，大腦是自然界最神秘最復雜的結構之一。21世紀是生物學的世紀，更是腦科學的世紀。這個領域不僅有太多的挑戰，更有太多的未知。

區別于嚴謹的實驗室，在胡海嵐清新明麗的辦公室里充斥著植物、鮮花、照片、零食……還掛滿了專業級的攝影作品，以及好友送給她的油畫，一幀風景如畫的校園照片是她的最愛，那是美國冷泉港實驗室，她博士后工作的地方。雖然尋找藥物靶點和研發新藥尚需時日，在胡海嵐眼中，科學的進程，就像她喜歡和團隊一起進行的爬山活動一樣：有時候似乎很久都在原地踏步，有時候卻在一霎眼見間就翻越了山丘，豁然開朗，而在過程中感受到的自由、希望和美，是她們前行的動力。