熱潮下的冷思考
——記北京大學前沿計算研究中心研究員袁驍

鄭 心 劉玉杰

袁驍

20世紀60年代，量子力學最偉大的實踐者之一理查德·菲利普·費曼（Richard Phillips Feynman）曾寫下這樣一句話：“我想我可以有把握地說，沒人真正懂得量子力學。”這句話在今天看來仍有意義。迄今，人類還只能描述量子現象，而無法理解其背后的真正運行機制——因為量子世界的神秘之處在于，它所對應的物理是人類無法通過宏觀感知識別的。為了揭示其中的奧妙規律，物理學家已經提出了許多理論與多種詮釋。如今，這些專業術語隨著量子科技的發展也已逐漸滲透到了大眾的視野之中，如“糾纏”“測量”“退相干”等，聽起來神秘且晦澀，但也富有極強的魅力，吸引著無數如北京大學前沿計算研究中心研究員袁驍一般的青年科研人甘愿投身其中，奉獻青春。“我目前的研究領域主要是關于量子信息和量子計算的基礎理論。”針對這樣一門由量子物理、計算機科學與信息科學相結合而產生的新興交叉學科，袁驍堅定地認為，量子信息和量子計算會是未來物理學和信息學發展的重大方向之一，“利用量子物理不同于經典物理的特性，我們可以為計算機科學、信息科學提供新的方向，如安全量子通信協議，超越經典算法的量子計算等。”

少年何妨夢摘星 敢挽桑弓射玉衡

早在高中時，袁驍在理科方面的天賦便已嶄露頭角。作為班級中的一名“競賽選手”，數學對他而言，不僅是爭取榮譽的賽場，更寄托著他求達真理的青衿壯志。但是通過高強度的學習與訓練，他卻漸漸覺得抽象的數學公式似乎成了桎梏，讓自己難以發現萬物運行的本質規律。“當然那時候的想法肯定不是很成熟”，立足當下回首青澀光陰，袁驍如此評價彼時的自己，但同時他也慶幸著與物理學的相遇。

通過課本外加一些科普類書籍，物理學中對于探索宇宙運行機理的部分深深吸引著袁驍的目光，其“物有本末，事有始終”的演變規律與他對科研的無盡暢想不謀而合。于是，他在填報志愿時堅定地報考了北京大學的理論物理學專業，決心在這一領域中一展宏圖，正所謂“少年何妨夢摘星，敢挽桑弓射玉衡”。

整個本科階段，袁驍一直在天體物理與理論物理等領域中潛心篤行。“但其實那時候，我并沒有真正參與科研，沒有發表一篇文章。”也或許正是在這段時間里，袁驍錘煉出了笑對挫折、苦中作樂的堅韌品質，“我覺得剛開始投入科研工作，有些坎坷太正常了”。“下得了苦功夫，坐得住冷板凳”，袁驍便是憑借著此種毅力，不僅同時獲得了理論物理與計算機的雙學位，更將國內另一所頂級學府——清華大學——的博士錄取通知書也收入囊中。

2012年，袁驍順利成為清華大學第二批量子信息方向的博士生。“我聽了很多公開課，最終決定將量子信息作為我畢生的研究目標。”所謂量子信息科學，就是量子物理學和信息科學的交叉學科。這種誕生于后摩爾時代下的計算、編碼和信息傳輸的全新信息方式，將充分發揮量子相干、量子糾纏等特性的強大作用，為突破芯片極限提供新概念、新思路和新途徑，這不僅充分顯示了學科交叉的重要性，且量子信息的最終物理實現，更會催生物理學、信息科學等觀念和模式的重大變革。

吾生也有涯，而知也無涯，為追尋這個尚且遙遠的科研理想，袁驍深以為自己的知識儲備與科研視野仍須不斷擴展，因此他在其后的幾年之中相繼前往中國科學技術大學、英國牛津大學與美國斯坦福大學開展博士后階段的研究工作，力求吸納百家之長，滋養自身之理想。

逐夢量子穩步而行 學成歸來初為人師

如今，量子計算等技術在全球的學術界與工業界都是備受矚目的焦點，人才緊俏、研究火爆，發展勢頭十分迅猛，甚至已逐漸成為世界各國戰略競爭的重點之一。各國高校都紛紛開始建立起相關的重點實驗室，但袁驍卻對海外相對前沿的研究環境毫無留戀，在2020年成功走完了在斯坦福大學的“取經”之旅后，毅然下定決心回歸祖國，縱然其間遭遇了疫情的阻礙，但他還是順利加入了令他寤寐思服的母校——北京大學的前沿計算研究中心，為我國的量子技術添磚加瓦。

“一方面，我在研究量子信息的基礎理論，這有助于更好地理解量子特性，從而設計出新的量子協議和算法。另一方面，我和團隊主要以目前或近期可實現的量子計算機為目標，來設計新的量子計算算法。”相較于為21世紀信息科學發展提供新的原理和方法的量子信息技術，量子計算的實現目前仍相對受限。另外，雖然量子通信是當之無愧的信息安全利器，但相比起來，量子計算一旦被攻破，則可能成為新一代科技進步的引擎。但若要實現通用量子計算，無疑需要學術界和工業界的共同努力。

盡管目前對于多久可以實現通用量子計算還有待討論，但針對特定問題的小規模量子芯片或許有望在不久的將來得以達成，甚至可以希冀的是，小型量子芯片在未來會在化學、材料、人工智能等眾多特定領域綻放光芒。

依托于這樣的發展背景，袁驍也在自己的職業規劃路上穩步前行：在量子相干性方面，他創新性地提出了量子相干性的度量、提純及與量子隨機性的關系，相關文章入選了基本科學指標數據庫（ESI）Top 1%高引論文。與此同時，袁驍還提出并解決了單份量子相干性的稀釋問題，為單份量子相干性理論提供了基礎。在量子糾纏探測方面，他提出了糾纏驗證的測量漏洞問題，并與中國科學技術大學實驗團隊合作實現了克服相關問題的糾纏驗證實驗。

始于理論，臻于應用。袁驍對于量子計算的應用同樣有著自己的洞見：在量子隨機數方面，他著眼于基于量子相干性的應用，設計并實現了基于超導量子比特的量子伯努利工廠協議；在量子模擬方面，他則更多聚焦于基于量子錯誤緩解算法，提出了量子計算機的虛實演化變分算法以及在量子化學中的應用方法，并針對一般過程的量子模擬算法和有效的開放系統進行模擬。同時，袁驍還在《現代物理評論》（Reviews of Modern Physics）和《自然物理評論》（Nature Review Physics）發表綜述論文，且都入選了基本科學指標數據庫（ESI）Top 0.1%高被引論文。

迄今，袁驍與量子信息和計算科學結緣已十年有余。這期間，他共在國際學術期刊，例如《自然》（Nature）及其子刊、《科學》（Science）、《物理評論X》（Physical Review X）、《物理評論快報》（Physical Review Letters）和《現代物理評論》（Reviews of Modern Physics）等發表論文共76篇，其中包括3篇ESI熱點論文（0.1%）和6篇ESI高引論文（1%），其工作還多次被國內外媒體報道。

對科研，袁驍胸有成竹、循夢而行，但對加入高校后初為人師的新身份，他卻表示“還在學習中”。“從學生到老師，這一身份的轉變還需要一些時間來適應，為人師表是一件不容易的事。”袁驍直言。不過，一年的上課體驗已讓他收獲了授人以漁的成就感，但同時，他也反思道：“不同學生的學習和接受能力可能差異很大，因此需要因材施教，今后我也會朝此方向不斷努力。”

木鐸金聲，滋蘭樹蕙。量子技術的未來光明但道阻且長，需要學術界薪火相傳方能發展壯大。袁驍作為其中集學、研一體的年輕科研人，更覺重任在肩，不敢懈怠。因此，他表示要始終保持一顆冷靜的頭腦，即便在量子技術掀起的如此熱潮中，也須心無外物地冷靜思考，因材施教地立德樹人。