復(fù)旦大學(xué)：30歲加盟復(fù)旦相輝研究院！他用超冷原子模擬世界

編者按：基礎(chǔ)研究離不開“十年磨一劍”的沉潛，也離不開能夠托舉這份沉潛的土壤。復(fù)旦大學(xué)相輝研究院，正是這樣一片“基礎(chǔ)研究特區(qū)”。在這里，5-10年的長周期考核成為科研人員堅實的后盾，鼓勵“反常識、高風(fēng)險、顛覆性”的自由探索，讓科學(xué)家能心無旁騖地坐穩(wěn)“冷板凳”，潛心前行，向科學(xué)無人區(qū)勇敢挺進。

今起，復(fù)旦大學(xué)官方微信推出“相輝引力”系列報道，將目光投向那些近年來陸續(xù)加盟復(fù)旦大學(xué)相輝研究院的科研工作者。我們將探尋他們選擇扎根于此的理由，記錄他們?nèi)绾我浴笆昴ヒ粍Α钡膱皂g，在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破、貢獻于國家戰(zhàn)略。首期“相輝引力”，迎來一位年輕的身影——30歲的復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系助理教授朱子杰。

本月初

30歲的朱子杰全職加入

復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系成為助理教授

同時，他受聘相輝研究院

成為相輝青年學(xué)者

致力于時下最前沿的

量子模擬與量子計算領(lǐng)域研究的他

本科就讀于北京大學(xué)物理學(xué)專業(yè)

在瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)獲得博士學(xué)位

以第一作者身份在

Science、Nature、Nature Physics

等頂級期刊上發(fā)表重要成果

這個從小就被物理“抓住”的青年人

正一步步把書頁上的奇妙概念

變成實驗室里可控的原子、

可計算的未來

01

童年書架上的讀物，

開啟物理探索之路

如果童年時在書架上隨手翻開的一本書，真的能決定一個人的一生，那么朱子杰的故事就是從一本科普讀物開始的。

一個午后，他在家里的書架上翻到一本講述牛頓力學(xué)與愛因斯坦相對論的科普讀物。書中沒有晦澀的公式，只有從生活出發(fā)的講述?！半娞萆仙龝r你會感覺變重，下降時又好像失重，你分不清是引力變了，還是電梯在加速?！?strong>這個“等效原理”的樸素表述，像一把鑰匙，打開了這個少年對物理世界的好奇之門。

高中時，物理老師發(fā)現(xiàn)了他的天賦，引導(dǎo)他接觸物理競賽。在興趣小組的圓桌旁，一群少年圍坐在一起做題、討論，那種“田園牧歌”式的學(xué)習(xí)氛圍，進一步加深了朱子杰對物理的興趣。同時，也讓他成功拿下省級物理競賽一等獎，并進入北京大學(xué)物理學(xué)院學(xué)習(xí)。

本科期間，朱子杰成績優(yōu)異，熱力學(xué)、統(tǒng)計物理等課程總能拿到不錯的分數(shù)。大二學(xué)期末，北大量子電子學(xué)研究所招募本科生參與科研項目，做的又恰好是他剛學(xué)過的玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)研究。“我在課程中曾經(jīng)接觸過，而且學(xué)得還挺好，就想去試一試。”從此，朱子杰走上了關(guān)于冷原子研究的道路。

2025年，博士畢業(yè)典禮上的朱子杰

本科畢業(yè)后，他遠赴瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)。在那里，他先以碩士生身份系統(tǒng)學(xué)習(xí)了量子領(lǐng)域的相關(guān)理論，并在幾個不同方向上“游歷”一番，接觸了當(dāng)時正火的量子信息處理、離子阱、量子光學(xué)等前沿方向，“想開拓眼界，看看有沒有遺漏更有意思的東西”。但最終，他還是堅定了自己的研究方向，回到超冷原子領(lǐng)域，加入Tilman Esslinger教授的團隊，完成了從碩士論文到博士論文的工作。

02

鏡子沒擦干凈的“意外”，

竟誕生多篇成果

朱子杰的研究方向，是基于超冷原子系統(tǒng)的量子模擬與量子計算實驗。

對于什么是“超冷原子”，朱子杰解釋道，“冷”意味著原子運動慢、動能低。運動越慢，波長就越長，越“量子”，也越容易控制。而量子計算，就是遵循量子力學(xué)規(guī)律，用諸如量子比特這樣的量子信息單元進行數(shù)據(jù)處理。“有些問題經(jīng)典計算機難以精確計算，比如求解高溫超導(dǎo)材料的基態(tài)，或是計算一個復(fù)雜藥物或催化劑分子的能量，計算量會隨著系統(tǒng)規(guī)模增大而指數(shù)級增長。”

量子模擬與量子計算很類似，但又有不同點，量子模擬不是把復(fù)雜過程分解成離散的門電路進行計算，而是直接用量子系統(tǒng)本身來模擬另一個系統(tǒng)?！熬拖裱芯匡w機需要吹風(fēng)洞，而不是硬算流體力學(xué)方程，這就是一種典型的模擬過程。”朱子杰所做的，正是用超冷原子搭建這樣一個“風(fēng)洞”，去模擬和計算那些經(jīng)典計算機難以處理的量子現(xiàn)象。

2024年，還在博士階段的他以第一作者身份在Science上發(fā)表論文，研究發(fā)現(xiàn)了非相互作用和相互作用拓撲邊界處量子化霍爾漂移的反轉(zhuǎn)。這項工作的源頭，卻是一個“意外”。

在光晶格實驗中，反射的鏡子要求“一塵不染”以盡可能達到100%的反射率。“隔壁實驗室的一面鏡子沒擦干凈，反射率不夠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了原子的移動?！?/strong>朱子杰笑著說，“于是我們也仿照這個思路，故意把反射光調(diào)弱，把實驗做得更清晰、更穩(wěn)定，果不其然有了新發(fā)現(xiàn)?！?/p>

2024年4月，朱子杰作為第一作者于Science發(fā)文

這個“鏡子沒擦干凈”引發(fā)的系列研究，最終催生了一篇Science、一篇Nature Physics、兩篇Physical Review X，還有一篇即將在Nature見刊的新作。

最后這個讓他自豪的發(fā)現(xiàn)，則與本科時的一次文獻調(diào)研直接相關(guān)。在探索光晶格里如何高效實現(xiàn)雙量子比特門操作時，偶然的一次機會，他想起了本科時調(diào)研過的“庫侖交換相互作用”（Coulomb exchange）。這是一種比“超交換”（Superexchange）更基礎(chǔ)的相互作用，卻也是超冷原子實驗中長期被忽視的一點?！罢麄€課題組沒人意識到這個事。”于是，朱子杰提出轉(zhuǎn)換思路，從庫侖交換的角度切入，果然獲得了更好的保真度和更強的抗干擾性。這個“靈光一閃”的瞬間，最終催生了即將在頂刊發(fā)表的成果?！耙郧皩W(xué)過的東西，在未來的某一天真的用上了。”

2025年，朱子杰于實驗室調(diào)試光路

科研的道路并非總在閃光燈下，更多時候，它是一場與“意外”的漫長拉鋸。朱子杰印象最深的一次，是實驗室里一臺顯示器釋放出微弱的電磁干擾，原子信號在五分鐘內(nèi)消失殆盡。整個團隊排查了一個月，才發(fā)現(xiàn)“元兇”竟然是那臺看上去一切正常的顯示器。

“理想的實驗狀態(tài)是設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，你有一個想法，改幾行代碼，就能在實驗中得到結(jié)果?！彼f，“但更多時候，你總是會碰到各種意外，既有可能是驚嚇，也有可能是驚喜?！?/p>

03

“我想在國內(nèi)做出別人沒做過的事情”

完成博士學(xué)業(yè)后，朱子杰開始考慮未來發(fā)展的問題。量子領(lǐng)域的研究十分前沿，國內(nèi)的研究比國外起步晚，這也導(dǎo)致了很多學(xué)者追逐國外的研究腳步。

“相比于這些，我更希望能在國內(nèi)做出一個別人沒做過的事?！敝熳咏苷Z氣堅定，“不管從個人的學(xué)術(shù)抱負，還是從家國情懷的角度，我都希望前沿的、突破性進展能在國內(nèi)做出來，所以我一直堅定要回國發(fā)展。”

2025年9月，相輝研究院在香港科技大學(xué)舉辦了首屆“相輝創(chuàng)新前沿國際論壇”。看到消息的朱子杰特意從瑞士飛到香港參加論壇。也是在這次活動后，朱子杰更加清楚地知道，復(fù)旦是他的“不二之選”。

選擇加入復(fù)旦，朱子杰看中的是復(fù)旦長期以來寬松自由的科研環(huán)境，給予研究者充分的自主空間。同時，物理學(xué)系聚集了一批從事量子研究的學(xué)者，大家彼此互助、氛圍融洽，這也成為吸引他的重要原因。

“此前我和李曉鵬老師、馮磊老師、肖艷紅老師、吳賽駿老師有過接觸，他們的為人處事、科研理念我都很欣賞。我覺得有這樣的老師在，這個學(xué)院、這個學(xué)校不會差?！痹谒磥?，復(fù)旦既保留了獨立PI的靈活性，又形成了良好的團隊協(xié)作氛圍，這樣的架構(gòu)讓他十分認同。

此外，相輝研究院提供了長周期不考核支持，鼓勵他這樣的青年學(xué)者拋開功利去做一些“無用之用”的研究?！斑@對想要做一些原創(chuàng)性探索的青年老師，是巨大的支持。”

朱子杰與學(xué)生們的組會合影

作為新晉導(dǎo)師，朱子杰還在探索與學(xué)生的相處之道。剛來學(xué)校沒多久，他就做了一個“招生海報”，吸引來了十幾名本科生和碩士生，如何帶好這些學(xué)生成為他當(dāng)下的要緊之事。

讀博時，導(dǎo)師給予他極大的自由探索空間，他希望把這種氛圍傳承下去。第一次組會，他給學(xué)生們建了一個共享平臺，上面列出一個個研究課題，感興趣的同學(xué)可以“揭榜”，全權(quán)負責(zé)。“我希望建立一個知無不言的氛圍，大家對事不對人，齊心協(xié)力做項目。”

加入復(fù)旦后，朱子杰為自己做的“招生海報”

談及未來的科研計劃，朱子杰打算先從實驗室的搭建入手。學(xué)院給了他一間超凈實驗室，從鋪設(shè)管道、增加隔間到設(shè)備采購，他將一步步把它變成那個可以“讓想法變成結(jié)果”的地方。

具體而言，中短期內(nèi)，朱子杰希望能回答超導(dǎo)材料中費米子哈伯德模型基態(tài)的問題。“我希望通過引入數(shù)字化的控制，幫助我們更高效地逼近它的基態(tài)，真正用實驗回答哈伯德模型到底能不能描述高溫超導(dǎo)的本質(zhì)?！?/p>

在他辦公室的白板上，寫滿了量子模擬和量子計算的應(yīng)用鏈路：從破解高溫超導(dǎo)原理，到密碼學(xué)和量子化學(xué)，再到AI應(yīng)用……“如果能解決第一個問題，我希望可以沿著這條路繼續(xù)走下去。要做的事情有很多，可以做的事情也有很多?！?/p>

從高中圓桌到如今的前沿探索，場景在變，挑戰(zhàn)在變，但驅(qū)動他的東西從未改變——就是那種“我知道我想做什么，而且做出來會非常厲害”的最純粹的想法。這讓他始終知道前路何在。