19世纪的最后一天，欧洲著名科学家齐聚一堂。 英国物理学家威廉·汤姆森发表新年致辞。 他说，物理楼已经完工，剩下的就是一些装修工作了。 然而，它美丽晴朗的天空却被两片乌云笼罩，一朵出现在光波动论中，另一朵出现在麦克斯韦-玻尔兹曼能量均等理论中。
这个故事广为流传，辩手陈明在一次辩论中引用了这个典故。 但是，你知道吗，这两朵乌云早在一百多年前就已经解决了吗？ 物理学的最新进展是什么？
这些问题我一直无法回答，直到本周听了物理学家丁宏的分享，有了一点了解。 他的演讲和他的ppt值得一再回味。 他揭示了量子力学的无限魅力。 他不仅普及了量子力学的发展和量子计算机的最新进展，还让我们看到了科学与我们现实生活的关系，以及人类历史可能走向何方。 在哪里。
物理学离我们很远，但总有人仰望星空。
我在后面附上了丁宏的演讲实录。 这段话确实很难理解。 我读了好几遍，每次都会有新的困惑。 台上科学家们意气风发，对自己所从事的研究充满热爱、自信和好奇，以至于忘记了台下的普通观众甚至不知道马约拉纳费米子、量子等术语是什么。计算者。
温馨提醒：在阅读下面的演讲之前，需要先百科一下量子力学、费米子、凝聚态物质、量子计算等术语。
我从这次演讲中得到的关键信息是，量子计算机可以在 200 秒内完成需要一年才能完成的计算。 如果量子计算机应用于人工智能，将带来前所未有的技术进步。 量子计算机很难建造，但随着物理学家不断研究和发现，我们可能有一天会见证量子计算机的诞生。
丁宏表示，我们最新的研究成果表明，在铁基超导材料的单一材料中可以找到高纯度的马约拉纳费米子。 未来，将有机会制造拓扑量子位，这可能成为量子计算机的基础。 三极管。
丁宏演讲全文：
我很高兴能参加这次活动。 作为一名科研人员欧洲物理学家，我不仅要做自己的科学研究，更希望将自己所做的科研成果真实地传播给公众。 我非常热衷于做科普，并积极参与其中。 未来论坛。 看到主题思想是对现实的致敬，我们目前正在研究一个关于拓扑量子计算机、马约拉纳费米子和量子计算的主题。 这个东西对于很多人来说都是不真实的欧洲物理学家，量子计算也是不真实的。 是的，我今天想说的确实是真的，尤其是未来。
人类文明的进步取决于对物质的认识。 在宇宙中，我们从宏观到微观，从经典到量子。 人们认识到物质是由原子组成的。 原子由原子核和电子组成。 原子核又由质子组成。 而中子、质子和中子都是由夸克组成的，一个中子是由三个不同的夸克组成的，总共有6个夸克，6个夸克和电子，而电子的表弟，总共有12个粒子，被称为费米子。 除了宇宙中12种有形的、有质量的基本粒子外，标准模型还给出了其他五种传播力。 例如，光子传播电磁力。 三个夸克如何聚集在一起形成质子？ 看看胶子。 一起，有弱相互作用力 Z 和 W，以及希顿 ()。 如果没有希格顿，费米子的质量都将为零，而我们都将没有质量。
现实宇宙中，从高端物理学的角度来看，费米子只有三种，分别是狄拉克费米子、韦尔费米子和马约拉纳费米子。 狄拉克于1928年提出狄拉克费米子，解释了电子的运动。 他把爱因斯坦的“相对论”转化为确定的波动方程来解释电子的高速运动。 根据狄拉克方程，可以预测一种称为正电子的反粒子具有与电子相同的性质，但具有相反的电荷。 如果一年后电子质量为0质量，则狄拉克费米子可视为一对两个独立的新粒子，称为韦尔费米子。 1937年，意大利著名物理学家马约拉纳说，正电子和反粒子有可能是同一个，这是可能的。 如果此时完全相同，则带中性电荷，此时就成为马约拉纳费米子。 因为正负相同，一半是天使，一半是魔鬼，所以被称为天使粒子。
事实上，宇宙中只发现了一种费米子，那就是狄拉克费米子。 韦尔费米子和马约拉纳费米子都尚未被发现。 但在固体材料、凝聚态材料、固体宇宙中，我们把固体当作宇宙。 数十亿个电子和金相互作用形成准粒子。 准粒子可以满足Dirac方程和Weyl方程。 和马约拉纳方程。 我们知道，固体中间的费米子可能会创造出有用的装置。 例如，人们对半导体的研究和对半导体狄拉克方程的理解导致了三极管的发明和现代信息时代的创造。
我们很幸运在2015年首次在固体材料中发现了费米子。2015年我们发表的三篇文章被美国和英国物理学会评为当年物理学十大突破之一，同时也被评为当年物理学界十大突破之一。中国物理学十大突破。 十大进展，2018年被美国物理学会评为过去125年49个里程碑作品之一。 这也是中国唯一入选的作品。 其中34人荣获诺贝尔奖。
第三个马约拉纳费米子，这是一个等于反粒子的正粒子。 对于普通的费米子，当你照镜子时，情况恰恰相反。 如果你看马约拉纳费米子，当你照镜子时，你看不到自己的脸。 你看到你的背后是完全一样的。 这是非常美妙的。 这东西有可能存在于真实的宇宙中吗？ 有可能在马约拉纳失踪之前，他本人在提出之后就消失了。 有人说上帝带走了他，他透露了上帝的秘密。 他怀疑中微子是马约拉纳费米子。 如果中微子被证实是马约拉纳费米子，那将是继希格顿发现之后高能物理学最伟大的发现。
如果我们想在凝聚态物质中发现这一点，我们不仅可以发现它，而且还可以使用它。 我们可以做什么？ 使用三极管作为量子计算机。 量子计算机的原理是什么？ 使用了量子叠加和量子纠缠。 经典计算机使用 0 和 1，即 0 或 1。88+8.1 等于 88.8。 量子比特则不同。 它们不仅是0和1，而且是0和1之间的混合状态，导致量子计算机呈指数级增长。 有一个非常古老的传说来描述指数增长的概念。 在印度，国王想奖励国际象棋的发明者。 国际象棋有64个方格。 你给我一些小麦。 将其放在第一个正方形上。 第一，在第二个格子里放两个，在第三个格子里放四个，在第四个格子里放八个。 你可以在里面装满小麦，作为对我的奖励。 国王说这很简单。 太少了。 后来我发现这是不可能的。 印度不可能拥有所有的小麦。 有多少？ 是18.4万亿粒小麦。 指数级的增长是一个惊人的数字。 量子计算机使用惊人的数字。 一个量子位可以容纳两条信息，两个量子位可以容纳四个信息，三个量子位可以容纳八个信息，四个量子位可以容纳16个信息，即2的N次方。 它可以上升得非常快，达到50位。 这个数字非常可观。 一个由50个量子比特组成的系统，如果计算一次，将执行超过100万亿次经典计算。
几个月前，我听说 打造了一个 53 位的量子模拟器。 53已经超过了50。53是50的8倍。用它来生成随机数并验证随机数。 使用 53 位。 200秒。 如果用世界上最快的超级计算机需要一万年才能完成同样的事情，谷歌将彻底击败超级计算机。 所以量子计算机一旦制造出来，就像下围棋一样。 一旦被打败，人类就没有希望了。 。 有时我们会讨论量子计算机如何进行比较。 人类从算盘时代进入计算机时代，再从计算机时代进入量子计算机时代。
量子是物质的微小粒子，是基本单位，是最基本的能量载体。 它有两个特点，量子叠加。 在量子里，猫不仅有生与死，还有生与死的不稳定状态。 还有量子纠缠，生与死两种纠缠态。 你不知道这是生还是死。 你知道纠缠态之间的关系。 两只猫相距很远。 当你看到那只猫还活着时，你立刻就知道它已经在很远的地方了。 另一只猫死了。 你甚至不知道密码。 一旦确定了一个，另一个也就确定了。 只有两个人拿到的时候才知道。 只有当你使用它时你才知道它。 所谓量子密码学或者量子通信原理。 有一个大问题。 你看不到它。 一旦看到，就不再纠结了。 它要么活着，要么死了。 环境无法干扰它。 这是一个大问题，你看不到它。 因此，建造量子计算机是很困难的。 谷歌不能说它的53个量子位是一台量子计算机，因为如果没有保护，它就不能做大多数事情，只能做一些看似无用的事情。
如何防护？ 有几种方法，一是量子纠错，二是量子纠错，用其他量子来保护它，当它出错的时候，你就得坐下来站起来。 第三个是拓扑量子计算，内置保护的量子计算。 需要马约拉纳费米子。 这是怎么发生的？ 这很简单。 有一个很奇怪的东西叫做拓扑。 拓扑是一个数学概念。 杯子有一个把手和一个圆圈。 通过连续变形，它们可以等效。 这东西很稳定。 这个东西不一样，但是拓扑数是一样的，而且拓扑数是稳定的。 使用拓扑材料，例如拓扑绝缘体，是一件很棒的事情。 材料内部是绝缘不导电的，就像巧克力一样，表面有一层锡纸。 银色是导电的。 如果巧克力被分成两半，那么巧克力就是绝缘的。 如果巧克力是拓扑巧克力的话，打开后表面也会立刻变成银色，而且只要有一个新的拓扑界面，就需要半块电池。 超导体也是拓扑结构的并且形成一对马约拉纳费米子。 我把一个量子位分开得很远。 据说一个量子位是不稳定的，但它的一半是稳定的，一半是拓扑保护的，一半是拓扑保护的。 您可以单独进行计算，然后在完成后将它们加在一起。
这就是所谓的准备。 在二维空间里，爱因斯坦跑遍了世界。 如果在他跑的路径上加上一个时间轴，那就是二维空间+一维时间。 三维时空存在一种所谓的扭结。 他走的方向是一个扭结，这是一个拓扑数，这样就可以做出所谓的拓扑量子位0和1。 拓扑量子计算机编译马约拉纳费米子，也就是“编织”。 在这里，我们将见证奇迹。 魔术师的杯子里有一个球。 它会旋转，让你猜出它在哪个杯子里。共有四个杯子。 没有球。 如果你转动它，就没有球了。 当你打开它时，不会有球。 如果你再转动它，就会出现两个球。 它会凭空出现。 只转了一瞬间，确实就可以制作出来了。 这就是所谓的一些纠缠态的编程。
2000年以来的资料中有三种方法可以找到它。第一种方法不可用。 2008年，有人提议使用两种材料来制作界面。 2018 年，我们发现用一种材料也可以做到这一点。 去年我们在科学期刊上连续发表了三篇文章。 第三篇文章是上周五刚刚发表的，证明在铁基超导材料中，可以在单一材料中找到马约拉纳费米子，这有一个很大的优点：第一，它是单一材料；第二，它是单一材料。 二是高温超导； 第三，其纯度非常高。 不纯净的东西不能用该财产进行交换。 这将有助于未来的量子计算机。 我们希望能够制造出第一个拓扑量子位，这意味着制造出量子计算机晶体管。 谢谢你们。
