30歲“天才”攜原子打造風(fēng)洞，復(fù)旦科研揭高溫超導(dǎo)之謎

30歲，Science、Nature、Nature Physics，全職加入復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系并受聘相輝青年學(xué)者。

這是朱子杰帶著一份令同齡人羨慕的成績單回國時(shí)的狀態(tài)。但他自己在意的，不是那串期刊名，而是另一件事："我希望能在國內(nèi)做出一個(gè)別人沒做過的事。"

他研究的領(lǐng)域，叫超冷原子量子模擬。簡單來說，就是把原子冷卻到接近絕對(duì)零度，讓它們的運(yùn)動(dòng)慢到幾乎靜止，再用激光束構(gòu)成的"光晶格"把它們排列起來，形成一個(gè)人工可控的量子世界，用來模擬那些用經(jīng)典計(jì)算機(jī)根本算不過來的物理問題。

他自己打過一個(gè)比方：研究飛機(jī)要吹風(fēng)洞，不是硬算流體力學(xué)方程。他做的，就是為量子世界搭一個(gè)"風(fēng)洞"。

一面"沒擦干凈的鏡子"，催生五篇頂刊論文

朱子杰本科就讀于北京大學(xué)物理學(xué)院，大二時(shí)加入量子電子學(xué)研究所，初次接觸玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)研究。本科畢業(yè)后，他前往瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院，師從Tilman Esslinger教授，專攻超冷原子光晶格實(shí)驗(yàn)，完成了從碩士到博士的全部訓(xùn)練。

2024年，他以第一作者身份在Science上發(fā)表了一項(xiàng)關(guān)于拓?fù)浔玫难芯浚l(fā)現(xiàn)了非相互作用和相互作用拓?fù)溥吔缣幜孔踊魻柶频姆崔D(zhuǎn)現(xiàn)象。

這項(xiàng)成果的起點(diǎn)，是一次意外。

光晶格實(shí)驗(yàn)對(duì)鏡子的反射率要求極高，必須接近100%才能保證實(shí)驗(yàn)精度。然而，隔壁實(shí)驗(yàn)室的一面鏡子因清潔不到位，反射率不足，研究人員意外發(fā)現(xiàn)原子出現(xiàn)了異常移動(dòng)。朱子杰和團(tuán)隊(duì)意識(shí)到這個(gè)"缺陷"背后藏著新物理，便故意調(diào)弱反射光，將這個(gè)"事故"變成了一套受控實(shí)驗(yàn)。

就這樣，一面"臟鏡子"引發(fā)的系列研究，最終催生出一篇Science、一篇Nature Physics、兩篇Physical Review X，以及一篇即將在Nature見刊的成果。

即將發(fā)表的那篇，來自另一個(gè)"靈光一閃"的時(shí)刻。在研究光晶格中如何實(shí)現(xiàn)高保真雙量子比特門操作時(shí)，朱子杰想起了本科時(shí)調(diào)研過的一個(gè)概念：庫侖交換相互作用，一種比超交換更基礎(chǔ)、卻在超冷原子實(shí)驗(yàn)中長期被忽視的相互作用機(jī)制。他提出從這個(gè)角度重新切入，整個(gè)課題組都沒人想到過這個(gè)方向，結(jié)果實(shí)驗(yàn)獲得了更好的保真度和更強(qiáng)的抗干擾性。

"以前學(xué)過的東西，在未來的某一天真的用上了。"朱子杰事后這樣說。

他想回答一個(gè)困擾物理學(xué)界數(shù)十年的問題

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?fù)溥吔缣幜孔踊魻柶频姆崔D(zhuǎn)。這項(xiàng)工作的源頭，卻是一個(gè)“意外”。

科研之路從來不都是"靈光一閃"。朱子杰記憶最深的一次挫折，是實(shí)驗(yàn)室里一臺(tái)外表正常的顯示器釋放出微弱的電磁干擾，導(dǎo)致原子信號(hào)在五分鐘內(nèi)完全消失。整個(gè)團(tuán)隊(duì)排查了整整一個(gè)月，才找到這個(gè)"隱形殺手"。

"理想狀態(tài)是設(shè)備正常，你有想法，改幾行代碼，實(shí)驗(yàn)馬上出結(jié)果。"他說，"但更多時(shí)候，總會(huì)碰到各種意外，既可能是驚嚇，也可能是驚喜。"

2024年4月，朱子杰作為第一作者于Science發(fā)文

帶著這些積累，朱子杰選擇回國，加入復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系，同時(shí)受聘相輝研究院成為相輝青年學(xué)者。他看中的，是這里寬松的科研氛圍和相輝研究院提供的長周期不考核支持，"這對(duì)想做原創(chuàng)性探索的青年老師，是巨大的支持。"

他為自己設(shè)定的中短期目標(biāo)，是一個(gè)困擾理論物理學(xué)界數(shù)十年的問題：費(fèi)米子哈伯德模型的基態(tài)，究竟能不能描述高溫超導(dǎo)的本質(zhì)？

2025年，朱子杰于實(shí)驗(yàn)室調(diào)試光路

高溫超導(dǎo)材料的導(dǎo)電機(jī)制，至今沒有公認(rèn)的完整理論解釋。哈伯德模型是目前最有希望的理論框架之一，但它的基態(tài)求解涉及指數(shù)級(jí)增長的計(jì)算量，經(jīng)典計(jì)算機(jī)無力應(yīng)對(duì)。朱子杰的思路，是引入數(shù)字化控制手段，用超冷原子量子模擬器直接逼近這個(gè)基態(tài)，讓實(shí)驗(yàn)給出理論預(yù)測無法給出的答案。

2025年，哈佛大學(xué)Greiner實(shí)驗(yàn)室和慕尼黑馬克斯·普朗克研究所分別在超冷原子哈伯德模型模擬上取得重要進(jìn)展，將模擬溫度推入全新的低溫區(qū)間，并首次在費(fèi)米子哈伯德模型中直接觀測到反鐵磁相變。這些進(jìn)展證明，這條路是走得通的。

朱子杰與學(xué)生們的組會(huì)合影

朱子杰正在搭建自己的實(shí)驗(yàn)室，從鋪設(shè)管道、增加隔間，到設(shè)備采購，一點(diǎn)一點(diǎn)把一間超凈實(shí)驗(yàn)室變成那個(gè)"讓想法變成結(jié)果"的地方。他的辦公室白板上，已經(jīng)寫滿了從哈伯德模型出發(fā)、延伸至量子化學(xué)、密碼學(xué)乃至AI應(yīng)用的研究鏈路。

加入復(fù)旦后，朱子杰為自己做的“招生海報(bào)”

"如果能解決第一個(gè)問題，我希望可以沿著這條路繼續(xù)走下去。"他說，"要做的事情有很多，可以做的事情也有很多。"