本期《女科学家在哪里？》我们采访了实验物理学家、东南大学物理系教授薛鹏。 与很多知性女性所表现出的优雅、从容不同，薛鹏的坚韧、坚韧、执着、诚实让人印象深刻。 在她下定决心从原始理论研究转向实验研究的过程中，人、钱、物的极度短缺让她的每一步都艰难而痛苦。 但最终，短短一年半的时间成为理论物理学家，她的研究小组在量子信息和量子光学方面取得了令人瞩目的成果。
薛鹏，东南大学物理系教授、博士生导师。 1999年，他提前一年以优异的成绩从中国科学技术大学物理系毕业。 免试进入中科院量子信息重点实验室攻读博士学位，于2004年获得博士学位。后在奥地利因斯布鲁克大学任博士后、讲师，加拿大卡尔加里大学。 2009年，他回国任教。 从事量子信息和量子光学的实验和理论研究，致力于量子信息和量子光学的实用化和工程化。
努力利用量子行走实现量子通信
Sai先生：感谢您接受我们的采访。 请您先介绍一下您的主要研究工作？ 到目前为止，您认为您工作中最好的部分是什么？
薛鹏：我主要从事量子信息和量子光学方面的研究。 2013年之前，我从事量子信息和量子光学的理论研究，但物理学是一门实验学科，很多物理现象的发现和验证都离不开实验。 作为一名理论物理学家，在与实验物理学家一起工作时，你会发现很多理论想法由于实验条件的限制而无法实现。 有时候你也会想，如果你自己做实验的话，在这方面是不是就不再受到别人的限制了。 而且，在量子物理方面，实验结果往往更容易被认可，能够带来更多的资金支持。 经过综合考虑，我决定在实验方向上尝试一下。
2013年下半年，我开始负责东南大学量子光学实验平台的建设。 我正式转向实验物理方向，初步搭建了科研平台。 目前，实验室已购置光纤飞秒激光器、半导体激光器、单光子探测器、八通道数字信号重合仪等实验仪器，开展了量子行走课题的开创性、系统性的实验研究。
2015年，我们率先观测到量子行走过程中光信息的传播、扩散和恢复，并在国际知名学术期刊上发表相关实验论文。 量子行走在量子计算中有着广泛的应用，例如使用量子行走开发的无序数据库的搜索算法。 那么，量子行走能否应用于量子通信呢？ 这主要取决于量子行走过程中是否存在信息传播和恢复。 我们观察到携带信息的量子行走者在任意偶数个演化时间后都可以回到初始状态，在此之前它仍然遵循量子行走的扩散定律。 该理论的提出和实验验证颠覆了人们以往对量子行走的认识，为量子行走在量子信息中的应用提供了新的方向，为基于量子力学理解动态演化的基本现象提供了新的见解。 的视角，也为研究量子扩散和拓扑现象的量子模拟提供了新的思路。 随后，研究团队利用线性光学系统首次实验实现了基于量子行走的正定算子测量，并在《2017》上发表了相关实验论文。 依靠光子空间模式的量子行走演化，我们构建了用于正定算子测量的测量算子，并成功优化了非正交态的无差错状态识别。 该理论的提出和实验验证，颠覆了人们以往对量子行走应用的单一认识，为量子行走在量子计量中的应用提供了新的方向，为理解量子力学的基本原理提供了新的途径。 工具——广义测量和钝化测量，也为研究量子信道和量子保密通信提供了新思路。
2016年，研究团队首次在实验中观察到非定域性和互文性两种量子特性之间的权衡关系，从而为揭示量子纠缠是一种普遍资源提供了直接证据。 。 这个实验刷新了人们对量子纠缠的传统认识，首次提出量子纠缠是一种更为普适的量子资源。 非局域性和互文性的验证会消耗这个资源，证明非局域性和互文性是同一现实的两种不同表征的新思想。 该论文发表于并被选为编辑推荐论文。
Sai先生：您现在最感兴趣的研究课题是什么？ 你最大的挑战和优势是什么？你最有可能在哪里取得突破？
薛鹏：我目前最感兴趣的研究课题是利用量子行走开发通用的量子信息处理平台。 量子行走平台可以实现任意二维或高维系统的幺正演化，从而实现量子态准备与传输、量子逻辑门运算、量子测量等一系列量子信息处理任务。 这是因为量子行走的可控自由度包括硬币和行走者。 步行者可以将硬币的状态携带到适当的位置（对应时域中适当的时间节点），并且硬币旋转的过程可以实现控制。 步行者某些位置处硬币状态的幺正演化。 例如，如果我们要实现三能级系统()的SU(3)的3×3酉演化，我们可以首先将SU(3)的矩阵分解为SU(2)的三个矩阵的点积）。 每个 SU(2) 在三维系统中的二维上执行单位旋转操作。 我们可以通过硬币旋转来实现这种单位操作，同时通过“行走”重新排列三维系统的基向量，可以选择在三个维度中的任意两个维度上进行单位旋转。 对于量子行走平台，每个单位旋转操作可以通过相应的抛硬币过程来实现，并且基向量的重新排列可以通过行走者在时域空间中行走来实现。 由此我们可以看出，量子行走可以作为通用的量子信息处理平台，实现任意二维或高维状态的酉演化。
最大的挑战是如何将量子行走平台小型化和集成化。 我们已经取得了一些相关进展。 我们组的优势是我对量子行走的深入研究和多年的积累。 俗话说“一招通用”，我希望有一天我能在量子行走的方向上成为不可替代的人。 提到量子行走这个话题，业内人士就能想到我和我的研究团队。
在不久的将来，希望我们能够在量子行走平台上实现量子模拟方面取得更大的突破。
赛先生：您认为与经典相比，如何描述量子所表现出的非凡品质？
薛鹏：与经典相比，量子最大的特点是叠加。 同时，它在不同的量子态下是相干的、概率性的。 在测量之前无法确定它是什么状态，但是在测量之后，它崩溃到可观察的状态。 本征态之一。 量子特性全由此而来。
赛先生：对量子世界的理解会影响您的世界观和宇宙观吗？
薛鹏：我在大学的时候就接触了量子世界，我的世界观、宇宙观很早就形成了，而且比较坚定，并没有因为我对量子世界的理解而改变。 量子信息学和量子光学是我的专业。 我的科研课题对我的“三观”没有影响。
赛先生：虽然物理学是一个整体，而且您的研究也非常系统，但物理学内部有很多不同的倾向和美丽。 对您来说，有哪些深刻的研究动机或科学之美让您感动？
薛鹏：我之前说过，我觉得薛定谔方程很漂亮。 每次解薛定谔方程时，我都会惊叹线性代数和薛定谔方程的美妙。
美丽的背后是辛酸
Sai先生：现在我们来谈谈您个人吧。 学习物理的女孩并不多。 您是如何决定学习物理学的？您什么时候开始想成为一名物理学家？
薛鹏：我从小就是公认的聪明孩子。 我对数理化、文史哲基本没有偏见。 我们中学时流行一句话：“学好数理化，走遍天下都不怕”。 数学是基础，化学更具体。 我认为这并不困难。 为了证明自己聪明，我从初二开始。 我决定学好物理。 起初是出于虚荣心，但后来了解得越多，我就越感兴趣。 1995年参加高考后，我考入了中国科学技术大学物理系。 我提前一年毕业，取得了免试研究生资格。 师从郭光灿院士，从事量子光学和量子信息研究。 博士毕业后，我在奥地利因斯布鲁克大学和加拿大卡尔加里大学从事博士后研究。 2009年，我作为引进人才回国加入东南大学，顺理成章地成为一名从事基础物理研究的科研人员。
赛先生：可以说，2013年之后，您迅速而成功地从理论转向了实验。 你是怎么做到的？
薛鹏：在实验方向取得重要成果后，很多人说我在短短一年半的时间里实现了从理论到实验的华丽转身。 但这一转折的背后，每一步都充满了困难。 主要存在三个困难。 首先是实验室空间，第二是人员，最后是经费。 实验住房是最难解决的问题。 狭小的空间需要与其他人共用，施工的拖延使得实验变得困难。 此外，学生资源有限、资金匮乏也让这次“华丽转身”变得异常艰难。 当时资金非常匮乏，连基本的实验设备和材料都买不到。 幸运的是，该部门后来提供了36万元的支持，用于购买第一批仪器。 这笔费用直接坚定了我做实验的决心。 但我的想法是：有钱就做赚钱的事，没钱就做没钱的事。 实验不一定需要那么多资金。 当资金不足时，我们可以通过聪明才智来突破。 总有一个方向你能找到，突破之后就会变得清晰。 改变你的生活永远不会太晚。 不要寻找客观原因，因为它们没有用。 原因只能安慰自己，别人根本不在乎。 我们总是说重要的是过程，而不是结果。 事实上，过程只对我们重要。 我们在这个过程中学习、享受、受苦并坚持。 所有这些对我们来说都是宝贵的资产，而其他人只看到结果。
这个故事并不有趣，但对我来说确实很心酸。 每次我参加会议做报告时，我都会用幻灯片介绍我们实验室的基本情况。 例如，实验室是与他人共用的，只有一个2.4×1.2米的平台。 所有资产包括装饰洁净室的费用。 超过60万等。 现在随着科学研究越来越走上正轨，希望情况能够逐渐好转。 我对此还是非常乐观的。
赛先生：在您的学习和职业生涯中，哪些科学家的方法和兴趣对您产生了深远的影响？
薛鹏：我是一个比较依赖自己判断的人。 书中科学家的轶事或功绩并没有给我很大的启发或感动。 所以，对我影响深远的人都是我身边认识的人，比如我。 他的导师郭光灿院士。 他的科学品味是我一直在学习的，而他的生活态度，尤其是他教育和引导学生的方式，是我一直在模仿却未能达到的。 正是他借钱做实验的决心，激励了我现在，坚定了我从理论向实验转化的信心。
赛先生：您认为您性格中的哪些品质对您的科学研究最有帮助？
薛鹏：我的坚韧、独立、对自己的清晰认识都对我的科研工作有帮助。 最有帮助的是我很勤奋，能吃苦。 我觉得即使我不从事科学研究，我也会从这种品质中受益。
赛先生：您平时的工作习惯是什么，最重要的经历是什么？ 您喜欢通过与他人交谈来讨论问题吗？ 说话会给你灵感或启发吗？
薛鹏：我平时的工作习惯是先完成一件事再开始另一件事。 最重要的经历就是勤奋，肯吃苦成为理论物理学家，坚信别人能做的事你也能做。 如果还是做不到，那只是付出的心血和时间还没有积累起来。
我与其他人讨论问题，通常是与同行、合作者和学生讨论科学研究问题。 但我不习惯闲聊。 当我和别人讨论问题的时候英语作文，我事先就有了非常明确的目的和方向，我就直接去解决问题。 我也很羡慕一些人可以通过平常的谈话或闲聊获得解决难题的灵感或灵感，但这不太适用于我。 大多数时候，我说话很少。 当然，我和家人、朋友的谈话还是很昂扬的，但是工作和生活还是比较分开的。
赛先生：您认为进入物理研究后，现实与最初的理想一致吗？ 你的工作给你带来最大的满足和失望是什么？
薛鹏：我现在从事的工作恰好是我的兴趣，我也可以用兴趣来养活自己。 这是我的工作给我带来的最大的满足； 但我赚到的辛苦钱和我的努力和压力不一样。 不成比例，这就是工作给我带来的损失。 另外，虽然科研工作还算不错，而且经过长期的积累，近年来也出现了一些高水平的论文，但我已经40多岁了，却因为种种原因一直没有入选。人才项目，而我没有头衔。 而且科研工作缺乏基础平台和支撑。 可以说基本上是捉襟见肘，举步维艰。 这一切都取决于我坚持下去的意志和品质。 然而，这不是一个长期的解决方案。 这是我现在最大的失落和苦恼。
薛鹏教授课题组实验室仪器设备