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【在成电 创未来】邓光伟:扎根量子前沿,践行科研育人
文:学生记者团 程徐宇 官瑞翎 图:受访者提供 来源:新闻中心 时间:2023-09-06 7170

  对大众而言,量子科技因其高深莫测往往令人望而却步,但基础与前沿研究院邓光伟已经在这里深耕了13年。从在实验室里面对单电子操控时一筹莫展的青涩学生,到成长为学校量子信息研究的中流砥柱,他以“一定要做没有人做过的事情”的信念,在量子计算与精密测量关键部件、精密测量应用推广等领域取得了多项重要成果,并以其对科研的热爱和执着,培育影响着一代新人。

接过“量子”的火种

  2007年,金融和生物正是最热门的两门专业,大学志愿填报时,周围人纷纷建议邓光伟选择其一,但执着于对物理的热爱,他听从内心的声音,选择报考了中国科学技术大学的物理学专业。

  来到中科大的邓光伟,迅速被校园浓厚的科研氛围感染,量子团队取得突破性进展、德高望重的院士走近本科生作的多场学术报告等,都让邓光伟对量子心生好奇喜爱,想深入这个领域一探究竟。

  凭借个人的聪颖和勤奋,从中国科学技术大学博士毕业后,邓光伟就被评为副研究员,继续从事量子方面的研究。2017年,女儿的诞生让邓光伟决定回到四川发展,恰逢2016年中国科学院郭光灿院士担任我校基础与前沿研究院双聘院士,负责我校量子信息研究中心的建设,在郭院士的举荐下,作为郭院士学生的邓光伟加入了基础与前沿研究院,并在学校的大力支持下与同事们一起建立了如今的信息与量子实验室。

  “学校给予了我们相对宽松的科研环境”,团队建立之初,学校并没有对邓光伟的科研进行条条框框的束缚,而是提供经费、平台等各项帮扶措施,制造与顶尖学者、院士交流的机会,让他不断获得成长,有了大展身手的机会,并先后获得了“校百人计划”“四川省青年人才”“国家级青年人才”等多项荣誉;并作为项目负责人,主持国家重点研发计划青年项目一项、国家自然科学基金项目三项和国家某重点项目子课题一项,还作为学术骨干参与科技部超级973项目、重点研发计划项目及国家科技创新2030重大项目。

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邓光伟为专家介绍实验室情况

  “我喜欢自由探索科研世界的感觉,这恰恰是成电的科研团队能带给我的:在喜欢的量子科技领域,我感觉到自由探索的酣畅。”邓光伟始终保持着对科研的热爱,在自己热爱的量子领域里深耕不懈,硕果累累。

科研要敢于攀登无人之境

  “科研很多时候是螺旋式的上升。”邓光伟阐述个人的科研观。

  “我2010年作为本科生进入实验室后的任务是跟师兄一起探索如何将半导体结构中的单电子与微波光子耦合起来,这是现在半导体量子计算大规模扩展的主要技术路线,但在那个时候全世界都没有人做过。回想起来,那几年确实是我科研生涯中最坎坷的一段时光。”谈起花费长达数年才终有成果的一项量子科研实验,邓光伟仍记忆犹新。

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2013年,与师弟一起在实验室做研究(右一为邓光伟)

  “我们自己设计和制备一种被称为‘门控量子点’的微纳器件,然后通过电场、磁场、微波场等来实现量子点中单电子状态的读取和操控。单个电子像是受到召唤一样,前进、后退、跳跃,这在物理上是很有趣的,同时也很有用:利用单电子编码量子比特,实现量子计算。”在郭光灿院士团队郭国平教授小组做研究期间,他常常孜孜不倦地在实验室里操作仪器,一呆就是一整天。

  “那个时候我们小组才刚做出量子点的样品,超导微波腔还没人做过,因此师兄和我面临的第一个难题就是怎么设计量子点和超导微波腔的耦合结构并且把它做出来。最初的几个月,我和师兄每天早上8点到晚上11点都泡在实验室的样品加工间里不断尝试。”经历了长达一年时间的摸索,他们才成功制备了第一份合格的样品。这个时候,“该如何测量?”成为邓光伟和师兄遇到了第二个难题。

  要知道当时在这一领域,邓光伟和师兄是最早“吃螃蟹”的人,没有“大牛”可以请教、网上没有相关资料可以查询,他们唯有选择坚持。

  第一次失败,重来;第二次失败,再来;第十次失败……面对实验室连续不断的挫折和师兄的中途退出,邓光伟始终没有放弃,他不断总结复盘再重整旗鼓,始终坚信“一定能做出来”,“最后我们运气还不错,真把它做成了,我人生的第一篇论文就发在了物理学知名期刊的PRL上面。”轻快地语气揭示着这个实验的结局。

  “躬行味始长”,从2010年作为本科生进入实验室到2015年论文发表,这段经历深刻地篆刻在邓光伟的脑海里,成为经时间洗刷依旧熠熠生辉的宝石,“这个实验或许在2011年时就应当做成了,但中间走了很多弯路。”他笑着说。科研的路往往是曲折的,所幸他们和‘正解’殊途同归。

  来到成电之后,经过和导师的讨论,邓光伟没有简单地将过去的研究方向照搬过来,而是结合成电在电子信息方面的显著优势,与学校信通、软件、电子、材料、自动化等学院建立了紧密联系,充分利用学校已有的资源,拓展原有的研究领域,形成了独特的研究方向:量子光力学及其在量子计算和量子精密测量领域的应用。

  邓光伟专注于上述研究方向,带领课题组实现了宏观机械振子中声学量子态制备的实验突破。不同于众人所知的微观粒子量子力学,这项实验涉及的是将肉眼可见的宏观机械振子的振动模式冷却到量子基态,以及研究量子化光场与机械振子的相互作用。这些技术在量子计算和量子精密测量方面都可能具有重要的应用前景。一方面,利用声学量子结构作为中间媒介可以实现相干的频率转换,从而将固态量子比特与光量子网络连接起来。另一方面,利用光与力学振子相互作用,可以提升力学量的检测精度,逼近甚至突破标准量子极限,比如现在精度极高的引力波探测系统就是一个大型的光力学系统。课题组与学校信通、自动化等学院合作,正在开发基于光力学与量子光学技术相结合的精密测量技术,希望通过量子技术的赋能,提高加速度、陀螺、磁场、红外等方面的传感精度。

  秉持“为国家的科技自立自强作出成电人应有的贡献”的信念,如今,邓光伟课题组将努力量子计算与精密测量方向开拓自己的蓝图,在量子计算关键器件及长程互联方面开辟特色研究方向,并利用量子比特、量子能级和量子相干性等量子特性来对经典的物理量做更精密的探测,为国防军事的发展贡献自己的力量。

从零开始的实验室

  “刚来的时候,实验室什么都没有,只是一个空房间。”谈起实验室建设之初,邓光伟回忆说常常是大清早到实验室,忙到晚上十一二点才回家,以至经常一个月都没机会见到年幼的孩子。

  团队建设初期,老师们将心血交付给实验室,采买、装修、实验等,邓光伟和周强等老师都亲力亲为。幸运的是,学校为青年学者提供了宽松的环境,不遗余力地支持实验室的建设,为量子团队的科研开展提供了创新的条件。

  从建设初期荒凉的毛坯房,到如今窗明几净的实验室,团队不仅建设了实验室基础设备的硬环境,也随即紧锣密鼓地投入到了学校量子团队人员建设的进程中,发展至今,我校量子信息研究中心已经发展成了勠力同心、拥有师生近百人的大团队。

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课题组部分成员

  在这里,初来乍到者正接受邓光伟等老师手把手的教学,师兄弟互相帮助,用实际行动践行“言传身教”的理念;来自数学、物理、信通、电子等各个学院的同窗们聚在一起,分享研究进度,探讨科学论文,体味学科交叉的魅力;在邓光伟等老师的引导下,学生们各执己见、头脑风暴,团队积极思考、敢于质疑的氛围正酣……

  走进实验团队的现场,往往能见到这样的场景。“希望同学们能成长为具有创新精神、创造能力的科研工作者,勇于用新思想、新方法解决老问题,敢于开拓无人之境,实现从‘0’到‘1’的突破。”邓光伟说。

源头活水在新人

   “一个人从A点走到B点。假设A到B之间有三条路,如果是经典世界,人从A走到B一定是选择了其中的一条。但如果是量子世界,一个量子态从A到B,它可能同时经过了这三条路。”

  邓光伟拿起笔,在白纸上演示量子轨迹不确定性的例子,生动的授课方式,让同学们很快被引进“量子之门”。

  “除了实验,我还是更喜欢跟学生们打交道,他们活跃的思想,往往会是灵感迸发的源泉。”在邓光伟心里,始终把教书育人视作重要的肩头之责,特别注重对学生独立思考能力的培养。

  目前,邓光伟面向本科生开设了一门多元化教育课程“量子信息技术前沿”,在课程教学过程中,邓光伟使用通俗易懂的语言向同学们阐释晦涩难懂的理论,普及量子信息技术在前沿中的应用知识,以此来激发同学们对量子信息技术的兴趣。

  除此之外,邓光伟在授课内容上更是别出心裁,特意安排空白,留下思考探索的余地,在潜移默化中培养了同学们自主调研的意识。“同学们自主调研的过程,也是能力拔高的过程,这对他们未来进入科研领域都是很有益的。”

  邓光伟不把学生仅仅看作“学生”,课堂上,邓光伟十分鼓励同学们提出问题,积极与自己互动探讨,同时配合一些幽默的玩笑营造轻松的课堂氛围,再细心解答为同学们答疑解惑,拨开疑惑的云雾。

  “量子信息技术前沿”课程结束后,邓光伟将结课论文中的一半篇幅作为同学对本课程的评价和建议,再根据同学们的反馈对课程的难度系数和内容安排进行设计和改良,调转教师和学生的位置,让同学成为教学设计环节的评价者,拉近学生和课堂的距离。

  课堂之外,邓光伟还担任了2020级光电科学与工程学院光电信息科学与工程专业6班的班主任,无论是未来学业规划和选择,还是有同学要打听某个团队的整体氛围,他都悉心指导并一一回复,当好同学们的“大家长”。

  “大三时,我自我定位还很模糊,想要冲一个学校的夏令营,但具体专业是做什么的又不了解,直博还是学硕也确定不下来,就去咨询了邓老师,邓老师不仅帮我答疑解惑还将我推荐给了意向导师。”作为班长的韩誉提起邓光伟,第一个想到的词便是“负责”,真是这种对同学们的真心关爱,让邓光伟获评为优秀班主任。

  而在校立人221班同学的眼里,在邓光伟身上还有另一个标签“体贴”。

  2022年,邓光伟受聘担任2022·立人班的科研导师,同时也作为指导老师带领立人班的同学参加大学生创新创业项目。

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邓光伟跟立人班学生交流科研方向

  “做项目时,我们要做仿真实验,但是笔记本电脑带不动,而支持仿真运算的服务器在沙河实验室,邓老师觉得我们天天去沙河太辛苦了,就给我们组也配了一台服务器,真的非常感动。”校立人221班的张亦非说。

  “量子物理是需要传承的,没有人能单枪匹马地走很远。”从高考执意要填物理专业的青葱学生,到大学里对量子物理充满期待的“初生牛犊”,到如今奔赴量子领域的青年学者,邓光伟眼中有光,他将继续扎根量子前沿,在这条道路上,带领更多初窥量子门径的学子坚定地走下去。


编辑:罗莎  / 审核:罗莎  / 发布:陈伟

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