11月12日,新华社发文祝贺我国科学家在搜寻暗物质研究方面取得的重要进展——中国科学院微观磁共振重点实验室彭新华教授、江敏副教授等人利用量子精密测量技术探测暗物质诱导的自旋相关相互作用,将此前国际上的探测界限提升50倍以上。相关成果被网友称为“必将载入史册的重大科研突破”。
成果的主要推动者之一彭新华再次走入大众视野——
她被誉为“中国最美女科学家”之一、2023年“科学探索奖”数学物理学领域获奖人。16岁参加高考后选择物理专业,少年时留学德国,成年后毅然回国成为中国科学院“百人计划”引进的英才,研究成果曾入选中国高校十大科技进展,是量子计算分解质因数最大数的世界纪录保持者。
彭新华
女学霸的量子计算研究之梦
将暗物质的探测界限提升50倍以上意味着什么?很多人会有这样的疑问。
不过没关系,正如彭新华在《格致论道》的讲堂里引用著名的物理学家、量子力学创始人玻尔曾经说过的话一样:“‘谁不对量子力学感到困惑的话,他就没有理解它。’因此,如果你有了困惑,说明你开始逐渐理解它了”。
“我们的研究通过提升探测精度和范围,进而提升了寻找到‘暗粒子’的可能。”彭新华如是介绍她和科研同伴的成果。这项研究发展的技术具有远景的实际应用价值,比如通过提高核磁共振的精度来实现精准医疗,以及开展更为精密的深海探测等。
随着芯片制造技术逐渐触及物理极限,一旦摩尔定律失效,我们靠什么支撑“计算无处不在的未来”?答案是——量子计算。在彭新华的心中一直有个梦想:那就是寄情量子计算,依靠科学的力量让世界更美。这个梦想,从小就有端倪。
彭新华1978年6月出生于湖南湘阴,洞庭湖畔,人杰地灵。在这片文化沃土的熏陶下,她从小就养成了勇敢坚毅、从容淡泊的品格。自小,她就开启了“火箭般”的学霸养成之路。10岁,别人可能还在玩泥巴,她就升入中学读初一;13岁,别人懵懂刚步入初中大门,她就已经是高中年纪最小的学生,在别人看来枯燥难懂的理科知识,她却甘之如饴,而物理是她最喜欢的学科,突飞猛进的数理化成绩,使她成为远近闻名、才貌双全的尖子生。
16岁那年,当同龄人还在为选择中学而犹豫不决时,彭新华就已经勇敢地迈向了高考的战场,并且凭借优异成绩考取湖南师范大学,提前开启了大学模式。在选择专业的时刻,她毫不犹豫地选择了物理,尽管家人认为这是男性主导的领域,对她的选择表示了反对。但彭新华坚信,不论性别,只要心中有梦想,就应该勇敢追求。
进入物理专业学习之后,彭新华越来越发现自己对这方面有一些特别的感受,这也让她更加坚定了自己的选择。25岁那年,她已是中国科学院武汉物理与数学研究所博士,还入选了德国“洪堡学者”。“洪堡学者计划”是国际公认的培养青年学者的摇篮,几十年里中国虽有近千名科学家入选,可女性一直寥寥无几,彭新华的入选极其难得。完成博士学位后,她跨越重洋,前往德国开启了更高层次的学术探索。在异国他乡的岁月里,彭新华收获满满,也始终心系祖国,2008年,她做出了一个重要的决定——回国发展。
“在德国期间,我有幸结识了杜江峰院士,他向我介绍了国内的科研环境,并极力推荐我申请‘百人计划’。”彭新华回忆道。那一年,年仅30岁的她拒绝了德国机构的高薪聘请,成功入选中国科学院“百人计划”,回到了祖国的怀抱。
利用量子精密测量技术探测暗物质诱导的自旋相关相互作用图(科研团队供图)
开挂的科研人生要耐得住冬天的寂寞
回到祖国后,彭新华又开启了“开挂式”的科研人生。她带领团队在全球范围内率先开展了绝热量子模拟的实验研究。对量子世界的痴迷,促使她一次次登顶科研巅峰,先成为量子计算分解质因数最大数的国际纪录保持者;接着又在国际上首次成功实现模拟量子方针实验研究。2015年,彭新华和团队在世界上率先实现了对虚磁场中“李-杨零点”的探测。“李-杨零点”于20世纪下半叶由诺贝尔物理学奖获得者李政道和杨振宁提出,60多年来,一直被认为是只存在于理论中而非物理的概念,而这被世界视为“绝不可能”的研究,在彭新华及其科研同伴的手里成为了可能,因此获得了科学界的高度评价。
2021年11月29日,中国科技大学发布最新成果,彭新华研究组和德国科学家合作开发出一种新型超灵敏量子精密测量技术,这一技术可直接进行宇宙暗物质的实验搜寻。利用它,彭新华和团队首次突破了国际公认最强的宇宙天文学界限,实验结果比先前的国际最好水平提升至少5个数量级。成果发表在国际顶尖期刊《自然》上,广获关注。而这一成果也为她和团队进一步将探测界限提升50倍以上奠定了坚实基础。
凭借出色表现,彭新华先后成为国家杰出青年科学基金获得者,入选第四批国家高层次人才特殊支持计划科技创新领军人才、教育部高层次人才计划青年学者等。获高等学校科学研究优秀成果奖自然科学奖一等奖、霍英东教育基金会第十三届高等院校青年教师奖、第十二届中国青年女科学家奖等。
万里长征不计程,指津自有北辰星。虽然彭新华在量子计算领域取得卓越的成就,但她总是时刻提醒自己,前方的道路依然漫长,考验和挑战会不断出现。她说:“做科研不能仅仅有‘夏天’的激情,更要耐得住‘冬天’的寂寞,只要自信和坚持,‘春天’自然到来,‘秋天’才会硕果累累。”