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量子前哨重磅推出獨家專題《量子科學(xué)家100人》，我們將遍訪全球量子計算相關(guān)領(lǐng)域100位優(yōu)秀科學(xué)家，多角度、多維度、多層面講述該領(lǐng)域的最前沿科學(xué)故事，為讀者解析科學(xué)洞見：量子科技前沿的最新觀察與行業(yè)評析。

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如果將量子計算比作金字塔，塔尖上層一定是科學(xué)家?guī)ьI(lǐng)學(xué)術(shù)界探索研發(fā)的卓越成果。要想金字塔中層的產(chǎn)業(yè)界能夠?qū)⑵淙跁炌ㄒ源藢崿F(xiàn)應(yīng)用賦能，甚至讓底層的B端用戶都能理解并享用量子計算帶來的顛覆性便捷，無論是量子計算的概念闡述或是技術(shù)講解、案例應(yīng)用等方面都不能高凌于神壇之上，一定要用通俗易懂的語言來做知識傳播和價值輸出。

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天津大學(xué)精儀學(xué)院超快激光研究室主任胡明列教授認(rèn)為：“對于量子而言，關(guān)鍵在于它要卸掉‘那層面紗’。量子本身是一個概念，但得讓人理解拋出量子之后的常規(guī)部分是什么？這樣才能讓大家參與進來。當(dāng)大家揭不開這層‘面紗’的時候，鮮有人有勇氣投入進去，因為它形成了一種壁壘。而打破這一壁壘，可能是量子技術(shù)進一步普及化應(yīng)用的關(guān)鍵之一。”

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激光領(lǐng)域是光量子計算的上游產(chǎn)業(yè)之一，也是胡明列團隊課題研究的主要方向之一。他從自身學(xué)術(shù)研究方向（超短脈沖激光技術(shù)；光子晶體光纖技術(shù)）出發(fā)，向量子前哨全面通俗的講解了超快激光技術(shù)的科研進展與商業(yè)應(yīng)用案例，帶我們深入了解了超快激光技術(shù)領(lǐng)域科學(xué)家的科研歷程。

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超快激光技術(shù)領(lǐng)域達到國際領(lǐng)先水平

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中國革命家和教育家徐特立曾說，科學(xué)常是在千百次失敗后最后一次成功的。

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“超快激光”也稱為“時間尺度”。理論上輸出脈沖寬度在10^-12s(皮秒)及以下，一般叫超快，但有些人可能把納秒也叫超快。

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胡明列告訴量子前哨，技術(shù)上，時間尺度可以達到10^-9/-10/-15/-18，在這個時間尺度分辨率的條件下，可以探測到利用一些常規(guī)方法看不到的現(xiàn)象。比如電子繞著原子的運動過程，化學(xué)反應(yīng)的超快過程，等離子體微爆等工程現(xiàn)象。

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胡明列說道：“這些現(xiàn)象無法用常規(guī)的方法記錄，但我們可以利用飛秒激光探測這些過程并進行相關(guān)記錄，這也被稱之為超快激光?！?/p>

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在投身于科研事業(yè)的初始，胡明列是從事于“超快激光與微納結(jié)構(gòu)相關(guān)的相互作用”的技術(shù)方向，那時正好出現(xiàn)了光子晶體光纖，他發(fā)現(xiàn)新型光纖正好可以與超快激光結(jié)合，是一個非常好的前沿研究方向，這為他接下來的科研事業(yè)打下了堅實基礎(chǔ)。

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科學(xué)家的研發(fā)歷程并不會一帆風(fēng)順，卓越成果的背后總是“一成不變”的實驗和“反復(fù)經(jīng)歷”的失敗。胡明列印象最深的一次實驗就是“微結(jié)構(gòu)光纖飛秒白光激光發(fā)生器”的研發(fā)，胡明列告訴量子前哨：“當(dāng)時我們是第一次實現(xiàn)將飛秒激光耦合到光子晶體光纖這一過程，我們當(dāng)時花費了好幾個月，天天在實驗室做實驗挺累的，然后那天白光現(xiàn)象突然出現(xiàn)了，給我的記憶印象非常深?！?span style="text-align: center;">?

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當(dāng)然，科學(xué)家的科研成果不僅能促進行業(yè)內(nèi)核心技術(shù)的迭代發(fā)展，還對國家科研技術(shù)極具重要的推動意義。

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此前，胡明列課題組與上海交大賀號課題組合作，提出了一種基于飛秒激光刺激直接啟動細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)信號通路的技術(shù)，不需要向細(xì)胞做任何基因轉(zhuǎn)染。即人為主動調(diào)控細(xì)胞的分子信號與功能，這是控制細(xì)胞命運和功能，研究生命過程和重大疾病的機制原理的關(guān)鍵核心技術(shù)，對于生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)研究和臨床應(yīng)用具有極其重要的意義。相關(guān)成果以封面論文的形式發(fā)表在國際頂級期刊Laser & Photonics Reviews上。

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胡明列告訴量子前哨，在超快激光領(lǐng)域的多個研究方向，我們國家處于國際領(lǐng)先水平。例如在峰值功率提高方向，因為飛秒激光的持續(xù)時間很短，而峰值功率可以達到很高，目前已經(jīng)達到10拍瓦量級。目前，國內(nèi)上海光機所，中科院物理所，中國工程物理研究院等在該領(lǐng)域的成果都達國際領(lǐng)先水平。?

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在科研人才培養(yǎng)方面，胡明列認(rèn)為：“目前看來，身邊的不少青年科學(xué)家需要辛苦申請各種項目，以獲得實驗所需的經(jīng)費支持。另外，國家在大量引進國外科研人才的同時也存在一些問題。例如，國外的培養(yǎng)體系和經(jīng)驗未必能在國內(nèi)復(fù)制。給予自己培養(yǎng)的人才相對自由的空間，尤其重要。我們團隊能取得今天的成績，除了團隊近三十年在飛秒激光技術(shù)上的積累，更得益于團隊人才的引進和科研方向的重新凝練。也希望國家和政府加大對青年科學(xué)家的關(guān)注和支持力度，讓創(chuàng)新在學(xué)科交叉領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用?！?/p>

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工業(yè)制造應(yīng)用領(lǐng)域的主力軍之一

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科學(xué)家并不是“兩耳不聞窗外事，一心只讀圣賢書”，他們的科研工作并沒有和市場脫軌，相反，正在很好為市場服務(wù)。

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在應(yīng)用場景上，超快激光的應(yīng)用也是層出不窮。胡明列舉例說道：“比如工業(yè)應(yīng)用所需的特殊材料的加工（柔性材料、大分子材料），都需要這種峰值功率。因為它可以達到去除原子外層電子的閾值，超過這個閾值之后，它的加工過程可以通過等離子體微爆來實現(xiàn)，這個過程沒有產(chǎn)生晶格的熱振動，不會產(chǎn)生熱效應(yīng)，可以被稱之為‘冷加工’?！?/p>

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胡明列告訴量子前哨，在測量領(lǐng)域，隨著時頻同步測量的加持，利用激光進行光譜距離測量結(jié)果已經(jīng)非常精密，在時間尺度、頻率尺度、空間尺度上，都能進行精細(xì)化測量。在科學(xué)前沿領(lǐng)域，不論是拍瓦系統(tǒng)或是百拍瓦系統(tǒng)，實際上都能在實驗室條件下模擬宇宙環(huán)境（如太陽內(nèi)部、宇宙恒星、黑洞的一些電場磁場條件），利用它能做很多強場實驗，它是一種重要的科研工具。

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還有超快現(xiàn)象部分，對于物理的超快過程，電子/載流子的轉(zhuǎn)移、化學(xué)反應(yīng)過程等，都能利用超快激光進行精細(xì)探測。這在工業(yè)制造的消費類電子產(chǎn)品領(lǐng)域，應(yīng)用也非常廣泛，比如光學(xué)玻璃/硬脆材料的切割，帶有電子集成電路的特種材料/硬脆材料切割等方面都需要用到超快激光，所以正在快速的商用化普及。

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揭開“面紗”，打破“壁壘”

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胡明列告訴量子前哨：“對于現(xiàn)在的計算機，電子芯片和集成電路的形式是關(guān)鍵，大家要把它做小。對于光量子計算而言，同理。如果能解決器件的集成化或小型化，才能夠普及應(yīng)用，否則就像九章一樣，外觀看就是一張大桌子，只有業(yè)內(nèi)人士懂，不懂的人就完全不懂。友好的界面、輸入輸出等直觀形式更能讓大家理解。”

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另一方面，對于量子技術(shù)而言，胡明列認(rèn)為關(guān)鍵在于加強量子計算的科普。量子是一個概念，但還需要讓人真正地理解拋出量子之后常規(guī)的部分是什么？這樣大家才能加入進來。

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胡明列舉例說道：“就像我們做傳統(tǒng)光學(xué)，我們能聽懂并理解量子光學(xué)的糾纏、單光子技術(shù)等方面，但對于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)界而言，抽象化的表述更會增加理解難度，也就沒有投入進去的勇氣。因為它形成了一道壁壘，而打破這道壁壘，可能是量子技術(shù)進一步普及應(yīng)用的關(guān)鍵之一。”

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量子技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，除了接二連三的融資事件相繼爆出，全球已有多家量子計算相關(guān)企業(yè)啟動了上市計劃。如霍尼韋爾量子解決方案公司和劍橋量子計算公司宣布合并成新公司 Quantinuum，計劃將在1年內(nèi)上市，而全棧量子計算公司 Rigetti Computing宣布已與 Supernova Partners Acquisition Company II, Ltd.（“Supernova II”），一家公開交易的特殊目的收購公司，合并為 Rigetti Computing, Inc.，其普通股預(yù)計將在紐約證券交易所上市，市值預(yù)估 15 億美元。

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此外，量子計算公司 Quantum Computing Inc.（QCI）已經(jīng)登陸納斯達克資本市場，在 2021 年 6 月 15 日開盤交易，是第一家純量子計算上市公司。美國離子阱量子計算公司 IonQ 與 SPAC 合并后在 2021 年 10 月 1 日于紐約證券交易所上市，估值 20 億美元。

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在量子計算行業(yè)快步進入上升期的時候，其中有些公司還在做傳統(tǒng)意義上的事情，比如傳統(tǒng)芯片的加工。胡明列說道：“更為大眾所接受的是真實產(chǎn)品的落地，這樣不僅能讓大家看到，而且它也在解決非量子產(chǎn)品無法處理的問題，這些東西就能通過科普輔助大眾進一步了解，從而提高普及率?！?/p>

?文：慕一
編輯：王珩