本刊记者  武光磊

　　世界变幻莫测，科学向喜爱它的人们展开巨大的怀抱。19世纪末20世纪初，量子论和相对论的出现使当代物理学的研究多了两个新的方向。相对闻名遐迩的爱因斯坦相对论，量子世界就像另一片深邃宽广的星空，让这条路上的科学家们乐此不疲。尽管著名物理学家费曼曾说：“没有人真正了解量子力学。”不过，这并没有阻止科学家们前进的步伐，从普朗克发现量子力学开始，科学家们争先恐后，爱因斯坦、玻尔、海森堡、以至后来薛定谔用量子力学思维做了一个“薛定谔猫”的思想实验。

和大量繁复的数字、没有尽头的实验相比，对未知产生的好奇，才是科研路上最大的动力。目前，量子力学还存在有很多未解谜题，不过，已经有人在研究量子理论这条道路上越走越开阔，而且他出发得比一般人还早。他就是北京航空航天大学博士生导师——张国锋教授。

神秘大门透出的亮光

　　1999年山西大学本科毕业后，张国锋师从梁九卿教授进行硕博连读的学习。当时我国对量子信息的研究基本处于萌芽阶段，梁九卿教授认为这将会是一个新的研究方向，在张国锋的师兄师姐都跟着老师做磁宏观量子效应研究的时候，老师毅然决定让他去湖南师范大学的暑期班里学习和量子理论相关的知识，量子信息这道神秘的大门缓缓打开。

　　张国锋本硕博就读的山西大学物理电子工程学院师资雄厚、设备齐全。硕博连读期间，为拓展视野、丰富知识，他还专门前往中国科学院学习。在交通落后的情况下，北京、山西两头跑，校内扎实的基础知识以及校外新的理论知识的加固，使得张国锋在量子信息基础研究方面有了很大的提升。对张国锋的联合培养，中国科学院也承担着重要的角色，博士毕业后，张国锋到中国科学院半导体研究所进行博士后研究工作，在李树深院士的指导下，张国锋的研究兴趣进一步拓宽到基于固态体系为载体的量子信息研究。从2006年到北京航空航天大学任教以来，更是把他的研究方向细化到光力耦合体系的量子物理相关问题。

　　在量子相关研究中，量子调控是国家的重大科研计划，是构建未来信息技术的理论基础。张国锋围绕“如何制备、控制及应用具有高鲁棒性的量子纠缠态”这一科学问题展开了具体细致的工作，并取得了不错的成绩。

　　量子纠缠是量子力学的最神奇的特性之一。它描述了两个粒子互相纠缠，即使相距遥远，一个粒子的行为将会影响另一个的状态。张国锋形象地解释了量子纠缠：“就像是手机用户和移动联通等签的协议，也就是手机卡，当两个粒子处于纠缠态，只有借助这个协议(纠缠态)，才能进行量子通信。”腔QED系统是目前最有前景的硬件系统之一，它被广泛地应用于量子态的制备和操控。为此，张国锋系统考察了旋波近似下腔QED体系中的量子纠缠、量子关联的产生与演化以及与量子相位之间的联系。研究发现：量子纠缠猝死现象不仅依赖于体系初始态的纠缠，而且还依赖于初始态，且原子间偶极-偶极相互作用可以削弱这种现象，光场的损耗可以很明显地延缓纠缠猝死。张国锋在此基础上就固态自旋体系提出了一套抑制量子纠缠猝死和量子态传输的优化方案。

　　众所周知，实现量子信息处理的必需资源是量子纠缠态。而量子纠缠态是非常脆弱的，张国锋在前人研究工作的基础上进一步探讨了固态两量子比特自旋模型中的热纠缠，将自旋所处磁场分为均匀和非均匀两部分，发现磁场的非均匀部分使量子纠缠的演化出现双峰结构，也详细研究了Heisenberg交换相互作用对量子热纠缠的临界行为的影响。随后更引发了国内外关于量子热纠缠的研究。

　　Dzyaloshinski-Moriya(DM)相互作用来自自旋轨道之间的耦合，是一种各项异性相互作用，在许多磁性材料中都存在。张国锋将DM相互作用引入两自旋量子比特链中，结合Heisenberg相互作用研究了DM相互作用对量子热纠缠的影响，发现DM相互作用可以激发量子热纠缠的产生，可以使铁磁耦合的自旋体系成为好的量子态传输的通道，且能显著提高态传输的保真度。以这一研究成果为代表的论文获得“中国百篇最具影响国际学术论文”，被引150多次，为ESI高引论文。与此同时，张国锋把自己的研究推广到量子关联，得到一些量子关联度量量间的因子化公式，同时也比较了量子关联和量子纠缠在实现量子算法、构建量子逻辑门的异同。

神秘的量子世界透出的光让张国锋雀跃不已，他饱含热情地走在研究量子世界的大道上，默默耕耘，静静享受这神秘带来的不一样的世界。

光亮指引前进的方向

　　一分耕耘一分收获。张国锋在量子研究这条道路上不仅收获了具有创新意义的科研成果，而且多次主持包括国家自然科学基金青年基金、面上基金等项目在内的多项科研项目；发表多篇代表性论文，并多次被他引；在教学上成果也很显著，多次获得各种校内优秀教师奖励。

　　但是张国锋并没有止步于此，神秘的量子世界还等待着他去进一步破解其中的奥秘，在 长期量子光学基础理论、自旋模型中量子纠缠、量子关联动力学研究的相关基础上，依托北航和中科院的两个重点实验室和三个重量级的研究团队共同合作，将就全耦合区量子比特与光场动力学行为及应用这一热点问题展开深入研究。

　　构造量子比特是量子信息处理的首要，实现量子比特有很多种物理方案，量子比特与光场相互作用体系是量子光学甚至凝聚态物理的一个重要研究内容，同时也是实现量子计算的重要途径。看见量子世界发出的神秘的光，张国锋对接下来的工作重心有了清晰的规划：（1）进一步求解两量子比特与光场相互作用强耦合体系的动力学演化，尤其是两个量子比特的Rabi模型的近似求解；(2)根据系统演化性质，选择合适的初始条件和反应时间，构建超快两量子比特逻辑门和进行相干量子态的超快传输等研究；(3)寻找新奇的特殊量子本征态，并通过研究包括耗散在内的动力学，考察这些具有特殊性质的量子态(比如：暗态)在量子信息中的应用。张国锋不仅把自己接下来的工作定位在这三方面，还就这三方面的研究拟定了初步研究方案。

　　将选取量子比特与光场相互作用体系为研究对象，属量子光学及凝聚态物理以及其它许多领域广泛应用的模型，尤其是近年来随着强耦合在实验上的实现，Rabi及类Rabi模型的简洁易实验参考的解和长时间动力学及相关应用的研究更显得日益重要。张国锋打算通过研究，得到全耦合区体系动力学演化规律，寻求特殊的类似“暗态”的新奇量子态，并预测其在量子信息中的应用，最终为设计新型量子器件提供理论支持。

　　张国锋沿着光亮继续研究的同时，并没有忘记当初帮自己打开神秘大门的老师，一路走来，师恩难忘，情谊深厚，自己的科研兴趣越来越浓。所以他在教导自己学生时，很看重学生的兴趣点，并且要求学生诚信，因为他认为诚信是科研人员首要的素质。不仅领导学生做理论研究，心里装着研究项目，而且鼓励学生“走出去”展示自己的成果，进行学术的交流。闲暇时间，张国锋更能和学生打成一片，是亦师亦友的好榜样。

费尔巴哈曾说“理论所不能解决的那些疑难，实践会给你解决。”在为接下来的工作努力的同时，张国锋也深刻意识到：只做基础研究，学生的兴趣度不高，而且和实验的结合度不紧密。“只有将理论和实践更好地结合，才是当代科研最‘接地气’的方式。”朝着这一目标，他会在神秘的量子世界里继续探寻。