中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室潘建偉院士、陸朝陽教授等完成的“多自由度量子隱形傳態(tài)”名列榜首，被評為年度突破（Breakthrough of the Year）。其他九大突破排名不分先后，由美國、德國、荷蘭、葡萄牙、中國、澳大利亞、日本等國家的科學(xué)家分享。

　　下面我們盡量用公眾能夠理解的語言來介紹這些重大成就。如果您還是看不懂，沒關(guān)系，您肯定能看懂文末基于這十大突破對中國科技實(shí)力的解讀。

　　最年輕的院士、27歲時(shí)科研成果就入選“年度全球十大科技進(jìn)展”、31歲毅然回國組建自己的實(shí)驗(yàn)室、幫助中國在量子通信的前沿科技領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先……近年來，在合肥工作的潘建偉是中國最耀眼的科技明星之一，也被認(rèn)為是距離下一個(gè)科技諾貝爾獎最近的中國人之一。

　　陸朝陽，英國劍橋大學(xué)博士，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授。在國際上首次實(shí)現(xiàn)六光子糾纏、八光子糾纏和十比特超糾纏，三次刷新了多光子糾纏和光學(xué)量子計(jì)算領(lǐng)域的兩項(xiàng)世界記錄，兩次入選了兩院院士評選的年度中國科技十大進(jìn)展新聞。

　　首先來看年度突破。2015年2月26日，國際頂級科學(xué)期刊《自然》（Nature）以封面標(biāo)題的形式發(fā)表了潘建偉、陸朝陽等人的文章《單個(gè)光子的多個(gè)自由度的量子隱形傳態(tài)》（Quantum teleportation of multiple degrees of freedom of a single photon）。這則消息當(dāng)時(shí)就令許多人激動不已，觀者如堵。但媒體的報(bào)道對絕大多數(shù)讀者來說都屬于云里霧里、不知所云，于是有大量“不明真相的群眾”表示：“你們說的每一個(gè)字我都認(rèn)識，但是你們說的東西我一點(diǎn)都聽不懂！贊?。?rdquo;簡稱“不明覺厲”。為此我寫了一篇《科普量子瞬間傳輸技術(shù)，包你懂！》（http://weibo.com/p/1001603817899448994963）及其補(bǔ)遺（http://weibo.com/p/1001603818514786952898），令許多人對量子力學(xué)、量子信息和這項(xiàng)工作有了一些了解，包括從事傳統(tǒng)信息行業(yè)、想學(xué)習(xí)量子信息卻不得其門而入的朋友們。

　　簡而言之，這項(xiàng)工作的新成果在于“多個(gè)自由度”，因?yàn)橐郧耙呀?jīng)實(shí)現(xiàn)了單個(gè)自由度的量子隱形傳態(tài)。

　　什么是量子？一個(gè)量如果存在最小的不可分割的基本單位，就像上臺階一樣，只能上一個(gè)一個(gè)的臺階而不能上半個(gè)臺階，我們就說這個(gè)量是量子化的，把這個(gè)最小單位稱為量子。我們?nèi)粘Ｋ姷暮暧^世界似乎一切都是無限可分的，微觀世界里卻有很多物理量是量子化的，例如原子中電子的能量。所以準(zhǔn)確描述微觀世界的理論必然是量子化的，這種理論就是量子力學(xué)。宏觀物質(zhì)是由微觀粒子組成的，所以對宏觀世界的準(zhǔn)確描述也必須是量子力學(xué)。中學(xué)里學(xué)的牛頓力學(xué)只是對宏觀世界的近似描述，在作為量子力學(xué)對立面的意義上被稱為經(jīng)典力學(xué)。

　　什么是量子隱形傳態(tài)？這是一種在1993年提出的方案，把粒子A的未知的量子態(tài)傳輸給遠(yuǎn)處的另一個(gè)粒子B，讓B粒子的狀態(tài)變成A粒子最初的狀態(tài)。注意傳的是狀態(tài)而不是粒子，A、B的空間位置都沒有變化，并不是把A粒子傳到遠(yuǎn)處。當(dāng)B獲得這個(gè)狀態(tài)時(shí)，A的狀態(tài)必然改變，任何時(shí)刻都只能有一個(gè)粒子處于目標(biāo)狀態(tài)，所以并不能復(fù)制狀態(tài)，或者說這是一種破壞性的復(fù)制。在宏觀世界復(fù)制一本書或一個(gè)電腦文件是很容易的，在量子力學(xué)中卻不能復(fù)制一個(gè)粒子的未知狀態(tài)，這是量子與經(jīng)典的一個(gè)本質(zhì)區(qū)別。很多人聽說量子力學(xué)中狀態(tài)的變化是瞬時(shí)的，無論兩個(gè)粒子相距多遠(yuǎn)，于是認(rèn)為隱形傳態(tài)的速度可以超過光速，推翻相對論。錯(cuò)了。隱形傳態(tài)的方案中有一步是把一個(gè)重要的信息（可以理解為一個(gè)密鑰）從A處傳到B處，利用這個(gè)信息才能把B粒子的狀態(tài)變成目標(biāo)狀態(tài)。這個(gè)信息需要用經(jīng)典信道（例如打電話、發(fā)郵件）傳送，速度不能超過光速，所以整個(gè)隱形傳態(tài)的速度也不能超過光速。很多人把隱形傳態(tài)當(dāng)成科幻電影中的傳送術(shù)，瞬間把人傳到任意遠(yuǎn)處，然后還擔(dān)心復(fù)制人和本尊的倫理問題，其實(shí)這些理解都是錯(cuò)誤的。量子隱形傳態(tài)是以不高于光速的速度、破壞性地把一個(gè)粒子的未知狀態(tài)傳輸給另一個(gè)粒子。打個(gè)比方，用顏色表示狀態(tài)，A粒子最初是紅色的，通過隱形傳態(tài)，我們可以讓遠(yuǎn)處的B粒子變成紅色，而A粒子同時(shí)變成了綠色。但是我們完全不需要知道A最初是什么顏色，無論A是什么顏色，這套方法都可以保證B變成A最初的顏色，同時(shí)A的顏色改變。

　　量子隱形傳態(tài)是在什么時(shí)候?qū)崿F(xiàn)的？是1997年，當(dāng)時(shí)潘建偉在奧地利維也納大學(xué)的塞林格（Zeilinger）教授組里讀博士，他們在《自然》上發(fā)表了一篇題為《實(shí)驗(yàn)量子隱形傳態(tài)》（“Experimental quantum teleportation”）的文章，潘建偉是第二作者。這篇文章后來入選了《自然》雜志的“百年物理學(xué)21篇經(jīng)典論文”，跟它并列的論文包括倫琴發(fā)現(xiàn)X射線、愛因斯坦建立相對論、沃森和克里克發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)等等。

　　什么是自由度？自由度就是描述一個(gè)體系所需的變量的數(shù)目。例如一個(gè)靜止在一條線上的粒子，描述它只需要一個(gè)數(shù)，自由度就是1。靜止在一個(gè)面上的粒子，自由度就是2。三維空間中的靜止粒子，自由度就是3。描述三維空間中一個(gè)運(yùn)動的粒子，需要知道位置的3個(gè)分量和動量的3個(gè)分量，自由度是6。光子具有自旋角動量和軌道角動量，如果你看不懂這兩個(gè)詞，沒關(guān)系，只要明白它們是兩個(gè)自由度就夠了。在1997年的實(shí)驗(yàn)中，傳的只是自旋。此后各種體系的各種自由度都被傳輸過，但每次實(shí)驗(yàn)都只能傳輸一個(gè)自由度。

　　傳輸一個(gè)自由度固然很厲害，但是只具有演示價(jià)值。隱形傳態(tài)要實(shí)用，就必須傳輸多個(gè)自由度。這在理論上是完全可以實(shí)現(xiàn)的。打個(gè)比方，現(xiàn)在用顏色和形狀來表示狀態(tài)，A粒子最初是紅色的正方體，我們可以讓B粒子變成紅色的正方體，同時(shí)A變成綠色的球體。這個(gè)擴(kuò)展看似顯而易見，但跟傳輸一個(gè)自由度相比，有極大的困難。隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)一般需要一個(gè)傳輸?shù)?ldquo;量子通道”，這個(gè)通道是由多個(gè)粒子組成的，這些粒子糾纏在一起，使得一個(gè)粒子狀態(tài)的改變立刻就會造成其他粒子狀態(tài)的改變。用物理學(xué)術(shù)語說，這些粒子處于“糾纏態(tài)”。制備多粒子的糾纏態(tài)已經(jīng)是一個(gè)很困難的任務(wù)了，而要傳輸多個(gè)自由度，就需要制備多粒子的多個(gè)自由度的“超糾纏態(tài)”，更加令人望而生畏。潘建偉研究組就是攻破了這個(gè)難關(guān)，搭建了6光子的自旋-軌道角動量糾纏實(shí)驗(yàn)平臺，才實(shí)現(xiàn)了自旋和軌道角動量的同時(shí)傳輸。

　　用《道德經(jīng)》的話說：“道生一，一生二，二生三，三生萬物。”1997年實(shí)現(xiàn)了道生一，那時(shí)潘建偉還是博士生。2015年實(shí)現(xiàn)了一生二，這時(shí)他已經(jīng)是量子信息的國際領(lǐng)導(dǎo)者。從傳輸一個(gè)自由度到傳輸兩個(gè)自由度，走了18年之久，這中間有無數(shù)的奇思妙想、艱苦奮斗，是人類智慧與精神的偉大贊歌。

　　下面我們來看其余九大突破。再次強(qiáng)調(diào)，排名不分先后，九名并列亞軍。每一項(xiàng)工作都是科學(xué)家們的卓越成就，值得我們熱烈鼓掌?；緝?nèi)容是我對上引歐洲物理學(xué)會新聞的翻譯，有些地方加上我的注釋。

　　首次測量到單電子的同步輻射。獎給8號項(xiàng)目（Project 8）協(xié)作組（注釋：8號項(xiàng)目的兩位發(fā)言人來自美國的麻省理工大學(xué)和加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校），他們測量到氪-83的β衰變中發(fā)射出的單個(gè)電子的同步輻射。輻射是在電子通過磁場時(shí)發(fā)出的，使得團(tuán)隊(duì)可以對粒子被發(fā)射時(shí)的能量作出非常精確的測量。8號項(xiàng)目正在努力提高測量精度，以用于計(jì)算物理學(xué)中最難以捉摸的量之一——電子型反中微子的質(zhì)量，這些電子型反中微子也是在β衰變中發(fā)射出的。注釋：根據(jù)相對論，能量等于質(zhì)量乘以光速的平方。因此如果精確地知道一個(gè)核反應(yīng)前后那些能觀測到的粒子的能量，兩者相減就得到那些觀測不到的粒子（在這里是電子型反中微子）帶走的能量，也就知道了這些粒子的質(zhì)量。因?yàn)橹形⒆拥馁|(zhì)量非常微小，接近于零，所以這個(gè)實(shí)驗(yàn)需要極高的精度，才能得出有意義的結(jié)果。

　　終于發(fā)現(xiàn)了外爾費(fèi)米子。獎給普林斯頓大學(xué)的Zahid Hasan、麻省理工大學(xué)的Marin Solja?i?以及中國科學(xué)院（注釋：物理研究所）的方忠與翁紅明，為他們關(guān)于外爾費(fèi)米子的先驅(qū)性工作。這些無質(zhì)量的粒子是德國數(shù)學(xué)家赫爾曼·外爾（Hermann Weyl）在1929年預(yù)言的。Hasan和方忠、翁紅明領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)各自獨(dú)立地在準(zhǔn)金屬砷化鉭（TaAs）中發(fā)現(xiàn)了一種準(zhǔn)粒子的指示性證據(jù)，這種準(zhǔn)粒子表現(xiàn)得就像外爾費(fèi)米子。Solja?i?和同事們在一種非常不同的材料中發(fā)現(xiàn)了存在外爾玻色子的證據(jù)，——一種“雙gyroid”（注釋：gyroid是一種無窮連接的三重周期性最小面，參見https://en.wikipedia.org/wiki/Gyroid）的光子晶體。外爾費(fèi)米子的無質(zhì)量特性意味著它們可能被用于高速電子學(xué)，此外由于它們面對散射時(shí)受到拓?fù)浔Ｗo(hù)，對量子計(jì)算機(jī)可能也有用處。注釋：對外爾費(fèi)米子的一個(gè)介紹，可以見中科院物理所戴希研究員的博客《外爾半金屬的故事》（http://blog.sciencenet.cn/blog-600872-906367.html），他和方忠用理論計(jì)算預(yù)測了在TaAs中發(fā)現(xiàn)外爾費(fèi)米子的可能性?，F(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的外爾費(fèi)米子不是真實(shí)的粒子，而是一種真實(shí)粒子的集體運(yùn)動模式，即準(zhǔn)粒子，這是凝聚態(tài)物理中特有的現(xiàn)象。外爾最初是在粒子物理領(lǐng)域預(yù)言這種粒子的，尋找它花了86年，最終卻是在凝聚態(tài)物理領(lǐng)域找到了這種粒子。在凝聚態(tài)物理中實(shí)現(xiàn)粒子物理的理論，是當(dāng)代物理學(xué)一種普遍而有趣的思路。

　　物理學(xué)家宣稱實(shí)現(xiàn)了“無漏洞”的貝爾不等式實(shí)驗(yàn)。獎給荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的Bas Hensen、Ronald Hanson與同事們，他們進(jìn)行了既沒有局域性漏洞也沒有探測性漏洞的貝爾不等式測量。他們的實(shí)驗(yàn)涉及位于相距1.28公里的金剛石中的糾纏的自旋，然后測量自旋之間的關(guān)聯(lián)。金剛石之間距離這么遠(yuǎn)，以及自旋測量相對容易，保證了整個(gè)實(shí)驗(yàn)是無漏洞的，——實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了看似怪異的量子力學(xué)糾纏概念。注釋：貝爾不等式說的是，某些自旋之間的關(guān)聯(lián)在經(jīng)典力學(xué)中必然低于某個(gè)上限，而這個(gè)上限是量子力學(xué)能夠達(dá)到的。因此如果測量結(jié)果違反貝爾不等式，就說明經(jīng)典力學(xué)是錯(cuò)誤的，量子力學(xué)是正確的。

　　1982年，阿斯佩克特等人做了這樣的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果確實(shí)違反貝爾不等式。后來又有許多研究組用各種方法重復(fù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，結(jié)論大都一致。但以前的實(shí)驗(yàn)都存在漏洞，或者是局域性漏洞，或者是探測性漏洞，也就是說，經(jīng)典力學(xué)原則上還是有可能解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因此較起真來，結(jié)論還不能完全確定。這兩種漏洞有某種互補(bǔ)性，縮小一個(gè)漏洞就會擴(kuò)大另一個(gè)漏洞，因而以前一直不能同時(shí)消滅兩者。現(xiàn)在通過巧妙的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和高超的技術(shù)手段，第一次同時(shí)克服了這兩個(gè)漏洞，所以可以說是對貝爾不等式測量的蓋棺定論。這是一項(xiàng)重大的進(jìn)步，但如果要問，對大多數(shù)科學(xué)家的觀念有什么影響？回答是沒有影響，因?yàn)閺?930年代以來，絕大部分科學(xué)家早就相信量子力學(xué)了，都用不著貝爾的不等式和阿斯佩克特的實(shí)驗(yàn)。量子力學(xué)的糾纏概念對公眾來說很怪異，對科學(xué)界來說卻是老生常談，否定它才出人意料，肯定它只是再次證實(shí)常識。這類實(shí)驗(yàn)是以更突出的矛盾、更高的可靠性來檢驗(yàn)一個(gè)已經(jīng)被廣泛接受的理論。如果結(jié)果是否定性的，整個(gè)科學(xué)界就會轟動，大家需要重新構(gòu)建物理學(xué)大廈了。現(xiàn)在的結(jié)果都是肯定性的，量子力學(xué)再一次被證明為正確，那對大多數(shù)人來說就只是滿足好奇心而已。當(dāng)然，實(shí)驗(yàn)在技術(shù)上的進(jìn)步是很重要的，例如在相距這么遠(yuǎn)的金剛石之間保持糾纏的方法。

　　首次探測到來自太陽系外行星的可見光。獎給葡萄牙天體物理與空間科學(xué)研究院與波爾圖大學(xué)的Jorge Martins及其在葡萄牙、法國、瑞士、智利的同事們，他們首次測量了由一顆系外行星反射的高分辨率光譜信號。該團(tuán)隊(duì)使用了高精度徑向速度行星搜尋設(shè)備（在歐洲南方天文臺下屬的La Silla天文臺），研究來自51飛馬座b星的光，——它是在1995年發(fā)現(xiàn)的。利用他們發(fā)展的新技術(shù)，Martins和同事們能夠測量這顆行星的質(zhì)量、軌道傾角和反射率，這些數(shù)據(jù)可以用來推斷行星表面和大氣的成分。按：我們以前只能觀測到恒星的光，看不到太陽系外行星的光，也就對系外行星的成分一無所知，甚至連它們是固態(tài)、液態(tài)還是氣態(tài)都不清楚。這個(gè)項(xiàng)目大大增進(jìn)了我們對系外行星的了解，說不定能找到適合人類生存的星際移民目的地。

　　LHCb（“大型強(qiáng)子對撞機(jī)的美麗”，Large Hadron Collider beauty）宣稱發(fā)現(xiàn)兩個(gè)五夸克態(tài)。獎給歐洲核子研究組織（CERN）的LHCb協(xié)作組，他們表明五個(gè)夸克可以在被稱為五夸克態(tài)的粒子中被束縛在一起。五夸克態(tài)的存在是在1970年代被首次預(yù)言的，在21世紀(jì)是爭議的對象。今年，當(dāng)兩個(gè)質(zhì)量約為4400 MeV/c2的五夸克態(tài)從大型強(qiáng)子對撞機(jī)的質(zhì)子碰撞中涌現(xiàn)出來時(shí)，這個(gè)問題終于解決了。兩個(gè)信號的統(tǒng)計(jì)顯著度都超過9σ，遠(yuǎn)高于粒子物理中確認(rèn)一個(gè)發(fā)現(xiàn)的黃金標(biāo)準(zhǔn)5σ。注釋：質(zhì)子和中子這樣的重子是由三個(gè)夸克組成的，在重子之間傳遞相互作用的介子是由兩個(gè)夸克組成的?？淇藦膩聿粫为?dú)出現(xiàn)，因?yàn)榘褍蓚€(gè)夸克分開時(shí)要耗費(fèi)的能量太大，超過夸克質(zhì)量對應(yīng)的能量，于是會產(chǎn)生新的夸克。那么有沒有多于三個(gè)夸克組成的粒子呢？理論預(yù)測了四個(gè)和五個(gè)夸克組成的粒子，但一直沒有被證實(shí)?，F(xiàn)在終于發(fā)現(xiàn)了五夸克態(tài)，可喜可賀。

　　硫化氫在203 K下是超導(dǎo)溫度最高的超導(dǎo)體。獎給馬克斯·普朗克化學(xué)研究所和約翰尼斯·古騰堡大學(xué)（都位于德國美因茨）的Mikhail Eremets和同事們，他們發(fā)現(xiàn)了第一種在地球表面能自然出現(xiàn)的溫度下超導(dǎo)的材料。該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，150萬個(gè)大氣壓的極端壓強(qiáng)下的硫化氫直到203 K都是超導(dǎo)體，這個(gè)溫度比南極洲記錄到的最低溫度要高19K。雖然還需要進(jìn)一步的研究來理解為什么這個(gè)材料會超導(dǎo)，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)可能已經(jīng)為超導(dǎo)的圣杯即室溫超導(dǎo)體鋪平了道路。注釋：超導(dǎo)體就是電阻為零的材料，在其中傳輸?shù)碾娏饔肋h(yuǎn)不會衰減，有許多奇妙的應(yīng)用前景。然而到目前為止，超導(dǎo)都只能在很低的溫度下實(shí)現(xiàn)，能超過液氮溫度（77 K，即零下196攝氏度）就算“高溫超導(dǎo)”了。這項(xiàng)工作一下子把超導(dǎo)溫度提高了幾十度，甚至都超過了地球表面的最低溫度，這是個(gè)重要的里程碑。當(dāng)然離實(shí)用還很遠(yuǎn)，因?yàn)?50萬大氣壓的壓強(qiáng)是個(gè)嚴(yán)重障礙。2014年，吉林大學(xué)的馬琰銘和崔田兩個(gè)研究組各自通過理論計(jì)算預(yù)測了硫化氫的超導(dǎo)性，馬琰銘等人預(yù)測H2S在160 GPa的壓強(qiáng)下（1 GPa約等于1萬大氣壓）超導(dǎo)溫度為80 K，崔田等人預(yù)測H3S（H2S與H2的復(fù)合物）在200 GPa下超導(dǎo)溫度在191 K至204 K之間。Eremets等人大幅引用和致謝了崔田和馬琰銘的結(jié)果，參見知社學(xué)術(shù)圈的《Nature: 中國學(xué)者預(yù)測的203K超導(dǎo)體被實(shí)驗(yàn)證實(shí) | 顛覆所有極限！》（http://chuansong.me/n/1848797）和《關(guān)于中國學(xué)者預(yù)測203K超導(dǎo)體被實(shí)驗(yàn)證實(shí)的補(bǔ)充說明》（http://chuansong.me/n/1851448）。中國科學(xué)家對這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)也有重要貢獻(xiàn)，不過由于所用的理論是傳統(tǒng)的BCS超導(dǎo)理論，計(jì)算的難度并不很大，而實(shí)驗(yàn)的難度要大得多，所以實(shí)驗(yàn)家的榮譽(yù)高于理論家的榮譽(yù)。

　　便攜式“戰(zhàn)地磁共振影像（MRI）系統(tǒng)”走出實(shí)驗(yàn)室。獎給美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室的Michelle Espy和同事們，他們造出了實(shí)用的、便攜的、超低磁場的MRI系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的用超導(dǎo)線圈產(chǎn)生很強(qiáng)磁場的MRI系統(tǒng)（注釋：看，這就是超導(dǎo)的用途之一）不同，新系統(tǒng)所用的磁場要弱得多，從遠(yuǎn)方產(chǎn)生這種磁場就容易多了。然而這意味著該系統(tǒng)必須能夠探測弱得多的信號，這一點(diǎn)它是用超導(dǎo)量子干涉儀（SQUID）來實(shí)現(xiàn)的（注釋：避開了超導(dǎo)的一種用途，又用到超導(dǎo)的另一種用途）。由于有低功耗和輕質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)，該團(tuán)隊(duì)希望這種原型設(shè)計(jì)能夠盡快部署到發(fā)展中國家的醫(yī)療中心以及戰(zhàn)地醫(yī)院。按：這是十大物理學(xué)突破中唯一跟日常生活直接相關(guān)的，可能歐洲物理學(xué)會選擇它也有這方面的原因。

　　費(fèi)米子顯微鏡露出曙光。獎給美國麻省理工大學(xué)的Lawrence Chuck、Martin Zwierlein和同事們，他們制造了第一臺“費(fèi)米子顯微鏡”——一臺能夠?yàn)槌錃怏w中多達(dá)1000個(gè)獨(dú)立原子成像的設(shè)備。對于理解材料中的電子如何相互作用，已經(jīng)有許多重大的進(jìn)展。這是通過把費(fèi)米子原子冷卻到超低溫度、再用光和磁場精細(xì)調(diào)節(jié)原子間的相互作用來實(shí)現(xiàn)的。通過允許物理學(xué)家觀測單個(gè)費(fèi)米子在氣體冷卻時(shí)的行為，費(fèi)米子顯微鏡把這種方法又推進(jìn)了重要的一步。這項(xiàng)新技術(shù)可能很快就會被研究者用于觀測原子間的磁相互作用，甚至可能被用于探測體系內(nèi)的量子糾纏。注釋：這項(xiàng)工作的重要性，在于把觀測對象從很多原子的集合縮小到單個(gè)原子，即大大提高了分辨率。由此我們有可能觀察到很多以前想象不到的現(xiàn)象，以后還有可能把對單原子的觀測（只是看）升級為控制（不僅看還能動）。想想看，如果我們可以隨意觀察和操控單個(gè)原子，而且這些原子還是處于量子糾纏中的，我們能夠看到和造出多少不可思議的東西！

　　硅量子邏輯門是第一步。獎給澳大利亞新南威爾士大學(xué)和日本慶應(yīng)義塾大學(xué)的Andrew Dzurak、Menno Veldhorst和同事們，他們造出了第一個(gè)硅的量子邏輯器件。他們的控制非（CNOT）門是量子計(jì)算機(jī)的一個(gè)基礎(chǔ)元件，以前是用傳統(tǒng)的半導(dǎo)體加工工藝制造的。這個(gè)器件用電子自旋來存儲量子信息，研究者們現(xiàn)在計(jì)劃把技術(shù)擴(kuò)展到制造完全意義的量子計(jì)算機(jī)芯片。按：量子計(jì)算機(jī)在理論上對于某些問題比現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)（經(jīng)典計(jì)算機(jī)）快得多。例如對于因子分解，傳統(tǒng)算法的計(jì)算量隨位數(shù)的變化是指數(shù)增長，而量子算法只是多項(xiàng)式增長。分解一個(gè)5000位的數(shù)字，在原理上經(jīng)典算法需要50億年的時(shí)間，量子算法只需要2分鐘。可是目前還沒有實(shí)用意義上的量子計(jì)算機(jī)，原因之一就是用的材料都不是硅，量子信息只能用硅之外的光子、離子阱、核磁共振等方式來儲存?，F(xiàn)在可以用硅來儲存與操作量子信息，半個(gè)多世紀(jì)以來半導(dǎo)體技術(shù)的豐富積累就有可能用上，大大促進(jìn)量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展。

　　介紹完十大物理學(xué)突破，我們來統(tǒng)計(jì)一下有哪些國家出鏡，各國參與了多少項(xiàng)工作。中國獨(dú)占一項(xiàng)（榜首的多自由度量子隱形傳態(tài)），分享一項(xiàng)（外爾費(fèi)米子）。美國獨(dú)占三項(xiàng)（單電子同步輻射、便攜式MRI和費(fèi)米子顯微鏡），分享一項(xiàng)（外爾費(fèi)米子）。荷蘭獨(dú)占一項(xiàng)（無漏洞的貝爾實(shí)驗(yàn)）。德國獨(dú)占一項(xiàng)（硫化氫的203 K超導(dǎo)），對此中國科學(xué)家做了理論預(yù)測。澳大利亞和日本分享一項(xiàng)（硅量子邏輯門），這一項(xiàng)有點(diǎn)奇怪，Andrew Dzurak和Menno Veldhorst的名字看起來都不像日本人，可能以澳大利亞的貢獻(xiàn)為主。葡萄牙領(lǐng)銜，和法國、瑞士、智利分享一項(xiàng)（系外行星的光）。歐洲作為整體，有CERN發(fā)現(xiàn)的一項(xiàng)（五夸克態(tài)）。

　　按照這個(gè)統(tǒng)計(jì)，美國共有四項(xiàng)，整體實(shí)力是最雄厚的。中國有兩項(xiàng)，包括榜首，整體僅次于美國，并且在局部占據(jù)制高點(diǎn)。中國的科技正處于爆炸式發(fā)展之中（見我的文章《見龍?jiān)谔铮褐袊萍寂c世界大勢（上）》（http://weibo.com/p/1001603864112261145733），修訂后由觀察者網(wǎng)轉(zhuǎn)載為《中國科技實(shí)力正以多快的加速度逼近美國》（http://www.guancha.cn/YuanLanFeng/2015_08_12_330260.shtml），以及我的另一篇文章《中國的研發(fā)投入需要更大幅度的增長》（http://www.guancha.cn/YuanLanFeng/2015_11_13_341140_s.shtml和http://weibo.com/p/1001603908683422639166）），潛力最大，前途不可限量。本文中提到的潘建偉、陸朝陽、方忠、翁紅明、戴希、馬琰銘和崔田分別出生于1970年、1982年、1970年、1977年、1971年、1972年和1964年，年富力強(qiáng)，充滿朝氣，他們是中國科技井噴的縮影。歐洲各國加起來共有四項(xiàng)，作為整體仍然是科學(xué)中心之一，但由于政治的碎片化，單獨(dú)一國都不如中美兩個(gè)超級大國。澳大利亞、日本和智利是中美歐之外僅有的上榜國家，而且只有一項(xiàng)成果是中美歐都未參與的?？梢哉J(rèn)為，美國、歐洲和中國是目前的三大科學(xué)中心。如果把中國擴(kuò)大到東亞，把日本、韓國甚至澳大利亞都包括進(jìn)去，那就更是鐵板釘釘了。這三大地區(qū)之外的國家，如俄羅斯、巴西、印度、印尼，在世界科學(xué)版圖上都處于邊緣地位。

　　中國科學(xué)界在2015年收獲了屠呦呦的自然科學(xué)諾貝爾獎、科大團(tuán)隊(duì)的國際物理學(xué)年度突破，2015年必將作為嶄露頭角的一年被歷史銘記。對中國的科學(xué)工作者、科普工作者和愛好科學(xué)的公眾來說，這是最好的時(shí)代。對喋喋不休中國人不會創(chuàng)新、永遠(yuǎn)沒希望的逆向民族主義分子來說，這是最壞的時(shí)代，我們對他們的無知和偏執(zhí)感到可憐。

　　最大的幸福屬于年輕學(xué)子，你們的面前有嶄新的世界，無限的希望！

　　作者簡介：袁嵐峰，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)博士，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室副研究員，風(fēng)云學(xué)會會長，微博@中科大胡不歸 。

　　致謝：感謝風(fēng)云學(xué)會研究員郭曉明博士（@西西河氏唵啊吽 ）、陳經(jīng)等人提出的寶貴意見。

　　本文系觀察者網(wǎng)獨(dú)家稿件，文章內(nèi)容純屬作者個(gè)人觀點(diǎn)，不代表平臺觀點(diǎn)，未經(jīng)授權(quán)，不得轉(zhuǎn)載，否則將追究法律責(zé)任。關(guān)注觀察者網(wǎng)微信guanchacn，每日閱讀趣味文章。