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重磅!原清华副校长薛其坤院士出任南科大校长,中国新一轮量子革命蓄势待发

新智元 | 33 5天前 0 0 0



  新智元报道  

编辑:小匀、卫民、白峰

【新智元导读】据南科大官网消息,中科院院士、清华大学副校长薛其坤将出任南方科技大学校长。薛院士曾带领团队首次从实验中观测到量子反常霍尔效应。10月16日,中共中央政治局第二十四次集体学习,讲课的正是薛其坤院士,随后,量子科技正式上升为国家战略。此前,在新智元承办的创新之源大会上,薛院士曾表示,第二次量子革命兴起,全球互联网将进入量子时代!

南方科技大学将迎来新任校长!
 
据南方科技大学官网「现任领导」页面更新显示,中国科学院院士,清华大学党委常委、副校长,北京量子信息科学研究院院长薛其坤教授已于2020年11月接任南方科技大学校长。
               
而在「南方科技大学贴吧」上,也有人贴出了「南方科技大学干部大会」的现场照片,并称「新校长来了」。
                   
薛其坤,男,汉族,1963年12月生,今年57岁,山东蒙阴人,中共党员,博士,教授,中国科学院院士。
 

这是南方科技大学的第三任院士校长,此前的创校校长朱清时、2015年上任的陈十一也都是院士。
 
曾为中央领导讲课,被称为「物理界男神」「7-11教授」的薛其坤出任南科大新校长,会带领这所十岁的高校创造新的辉煌吗?
               

物理界男神,考研「三战」,永不疲倦的「7-11教授」


薛其坤是一个地道的山东人,至今仍说一口山东口音的英语(被戏称为shandonglish)。
 
薛其坤从小在山东蒙阴农村长大,他后来还很怀念这段时光。
 
「小时候没人管啊很自由。那时候小学教育不是很正规。但是,传统的伦理道德,让我们不知不觉形成比较健全的人格。」
 
从蒙阴一中高中毕业后,薛其坤考入了山东大学光学系,1984年毕业于山东大学光学系激光专业。



本科毕业的薛其坤开始准备考研,但这个过程却并不顺利。
 
据坊间传闻,1984年,薛其坤考研报考哈尔滨工业大学,高等数学只考了39分;两年后,报考中科院物理所,这次物理只考了39分。
 
虽然深受打击,但他依然坚持,「三战」之后,薛其坤终于考研成功,于1987年进入中国科学院物理研究所凝聚态物理专业。
 
考研屡败屡战,读研也颇为曲折,他花了7年时间才完成硕士和博士学业,于1994年获得博士学位。
 
从2005年起,薛其坤进入清华大学物理系工作,同年当选中国科学院院士,2013年起任清华大学副校长。
 
在中国物理学界,薛其坤被称为「男神」。


在2015年「求是奖」颁奖典礼上,年轻的复旦大学教授张远波直接赤裸裸地表示,薛其坤老师是我们心目中的男神。
 
在业内,薛其坤还因为其孜孜不倦,刻苦钻研的学术态度,被同行戏称为「7-11教授」。
 
这种勤奋的习惯一直保持至今,后来虽然陆续评了院士、当了清华副校长,但只要在学校里,都是每天工作到十一二点回去休息。

给中央领导讲课,量子科技正式上升为国家战略


 10月16日,中共中央政治局就量子科技研究和应用前景举行第二十四次集体学习。
 
领导人在主持学习时指出,要充分认识推动量子科技发展的重要性和紧迫性,加强量子科技发展战略谋划和系统布局,把握大趋势,下好先手棋。
 
量子科技正式上升为国家战略!
 
而这次为政治局的领导们「讲课」的,正是薛其坤。薛院士就量子科技相关问题进行了讲解,提出了意见和建议。
                
薛其坤在现场讲了什么,又提了哪些意见建议,官方并未披露。
 
但从领导人在集体学习后的表态以及十四五规划建议将「量子信息」列在需要重点发展的「有前瞻性、战略性的国家重大科技项目」的第二位,就可以看出薛院士讲解对中央的决策产生了很大的影响。
 
为什么中央如此重视量子科技?
 
领导人在发言中提到,「量子科技发展具有重大科学意义和战略价值,是一项对传统技术体系产生冲击、进行重构的重大颠覆性技术创新,将引领新一轮科技革命和产业变革方向。」
        

实际上,作为一项具有重大颠覆性的技术创新,量子科技近年来受到了许多国家的高度重视。
 
美国、日本、以及欧洲的一些国家近几年来都在加快量子科技领域的布局。
 
就在中央政治局学习的前一天,美国国务院在10月15日发布了《关键与新兴技术国家战略》(National Strategy for Critical and Emerging Technology)。文中详细介绍了美国为保持全球领导力而强调发展“关键与新兴技术”,明确了20项关键与新兴技术的清单,其中就包括量子信息科学。
 
         
                 
而此前在2018年12月,美国总统特朗普还正式签署了《国家量子计划法案》并生效,计划未来十年内向量子研究注入12亿美元资金,并由美国能源部、国家标准与技术研究院、国家科学基金会配合联邦政府共同落实量子计划相关项目。
 
另外据路透社消息,欧盟各国领导人将宣布,他们希望在欧盟预算和复苏计划下,在未来7年向欧盟国家提供的1.8万亿欧元中「相当大的一部分」投资于超级计算机和量子计算、区块链、人工智能、5G移动网络及安全通信等领域。
 
日本也在2016年10月宣布要发展量子神经网络等量子计算解决方案,并在2017年11月宣布推出量子神经网络(QNN)装置。
 
可以看到,在「量子科技」这项可能改变未来世界的颠覆性技术面前,世界主要国家都已高度重视,纷纷布局,抢占制高点。
 
中国自然也不能落后。
 
量子反常霍尔效应的实验发现,杨振宁称为「诺贝尔奖级别」的成就

薛其坤的主要研究方向为扫描隧道显微学、表面物理学、自旋电子学、拓扑量子物理和高温超导电性。他曾带领团队首次从实验上观测到量子反常霍尔效应,这是我国物理学家在过去40多年发现的最重要的全新物理效应。
 
量子反常霍尔效应,在凝聚态物理领域有着极其重要的地位,整数量子霍尔效应和分数量子霍尔效应分别于1985年和1998年获得诺贝尔物理学奖。
 
量子反常霍尔效应意味着在零磁场中,霍尔电阻跳变到约25800欧姆的量子电阻值。
 
要实现这个量子跳变,实验材料必须同时满足三个苛刻的条件:材料的能带结构必须是可拓扑的,从而具有导电的一维边缘态;材料必须具有长程铁磁序,从而存在反常霍尔效应;材料内部必须为绝缘态,不会导电。
 
「这就如同要求一个人同时具有短跑运动员的速度、篮球运动员的高度和体操运动员的灵巧,其难度可想而知。」
              
西方国家的顶级科学家们攻坚多年,也未能找到同时满足这三点的材料,而薛其坤院士带领的团队做到了。
 
2012年10月的一个晚上,薛其坤院士收到学生短信:在实验中发现了量子反常霍尔效应的迹象!实验材料在零磁场中的反常霍尔电阻达到量子电阻的数值并形成一个平台,同时纵向电阻急剧降低并趋近于零,这是量子反常霍尔效应的表现。
              量子反常霍尔效应的实验发现的最终测量样品和数据
 
无论是英伟达、AMD还是英特尔,都面临着算力见顶的问题,量子反常霍尔效应可能会帮助突破摩尔定律的瓶颈,为半导体产业带来新一轮革命。
 
2019年,量子反常霍尔效应的实验发现获得国家自然科学一等奖,也被著名物理学家杨振宁称为「诺贝尔奖级科研」。
        薛其坤和他的「量子反常霍尔效应梦之队」

第二次量子革命兴起,全球互联网进入量子时代!

处在科研革命的前夜,想象力都开始变得匮乏。量子信息技术是新一代战略性信息技术,具有真正颠覆世界的重大意义。
 
成立于2017年的北京量子科学研究院,瞄准世界量子物理与量子信息学最前沿和国家量子领域战略急需,有国内外顶级人才的加盟,代表着量子领域全球科学的最前沿。
 
在9月份新智元承办的创新之源大会上,清华大学副校长、北京量子信息科学研究院院长薛其坤院士深度剖析了未来的量子技术,并谈到了当前的量子革命。
              
「量子科学可以说是人类建立的一个最基础,也是最精确、最深奥的科学体系,大家可能经常会听到薛定谔的猫,这个猫可以是活的,也可以是死的,在测量之前没人知道,存在着一个不确定性。
       

每一个年代都会有新的技术催生出新的革命,上世纪五十年代晶体管和半导体等技术的发展就催生了信息时代。
 
量子计算、量子通信、量子精密测量和传感技术的兴起和发展,正在推动信息技术向量子信息技术跨越,将可能导致新的技术革命。
           
「如果说第一代量子革命是认识量子世界、发展技术的话,我们人类在这个世纪初逐渐迎来一个新的时代那就是第二次量子革命」。
 
「我们可以用以前发现的量子规律主动设计一个量子芯片,大家现在常说的量子计算、量子通信,还有很多量子精密传感,都是在此基础上发展起来的技术。」薛其坤提到。
 
通用量子计算机研制难度堪比人类登月
 
量子计算机相对经典的计算机,不一样的地方,它的晶体管是一个量子体系。
 
薛院士给大家举了一个简单的例子,经典的计算机只懂0和1,大家都知道2的10次方是1024,也就约等于10的三次方,2的60次方约等于10的18次方。现在最大的超级计算机包含4-5万CPU,每个CPU包含几十亿晶体管。
 
理论上,60个理想逻辑比特组成的量子计算机,可以达到经典超算的算力,但是按照目前技术水平,上百万个物理比特才能构成一个逻辑比特,而逻辑比特的实现任重道远。
        

「当然这个量子计算机的研制比人类首次登月还要困难,对做计算机、控制的人来讲这是一个极大的挑战。」
 
量子霸权谁与争锋:世界强国纷纷入主
 
大会上,薛院士提到,发展量子技术具有极强的战略意义和时代意义。今天的量子技术,就好比上世纪50年代的半导体技术。
 
2018年美国出台了量子信息科学国家战略纲要上,欧盟也出台了《欧盟量子旗舰计划》,计划到2022年,总投入6.5亿欧元。德国也出台了自己的量子技术计划,每年投入1亿元来发展,各个西方科技强国高度重视,每个国家都出台了国家层面的计划,积极参与到量子革命中来。
 
去年10月24日,谷歌用53个量子比特的计算机做了一个特殊的非通用计算任务,对一个量子随机数生成器的输出进行采样,只花了200s就完成了目前世界上最快的超级计算机一万年才能完成的任务。未来,有了量子计算机,我们对高密度芯片的需求就没这么大了。 
              
量子技术将给存储等领域带来革命性进步
 
现在世界上产生的数据量预计有40ZB,如果一个硬盘的存储量是1T,一个ZB相当于10亿个硬盘,这么多数据怎么存下来?现在量子技术有可能发挥作用。
 
全世界目前拥有的数据超过3000ZB,光维持数据中心需要的电费就高达2400亿人民币,将来大数据继续研发下去,能耗必须降下来。
 
薛院士提到,量子技术可以发挥大作用。假如一个原子可以存储一比特信息的话,那么一个硬件就可以存储几百年的信息,量子就是这样高密度的信息存储介质。子技术的应用将给高密度、低能耗的信息存储也充满了很多想象的空间。
 
未来,量子计算、量子通信、量子精密测量和传感技术将成为量子信息技术发展的重点内容,有可能引领新一轮的技术革命。
 
薛院士总结到,量子效应的发现和应用,给信息技术带来了无限的想象空间,全球互联网将从电子时代跨越到量子时代。

参考链接:
http://www.tsinghua.org.cn/publish/alumni/4000419/12790669.html




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