李牮:我致力于将西湖大学变成我和所有人的骄傲
杭州市西湖教育基金会 2018-01

他履历光鲜,羡煞旁人;他化繁为简,彰显学者风范;学海无涯,他上下求索;学无止境,他奋勇争先;李牮犹如一把利剑,在物理学研究领域纵横驰骋、自由翱翔,利剑出鞘,舍我其谁!

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李牮博士   浙江西湖高等研究院理学研究所



“对我而言,科研中的未知往往是财富:我享受它带来的煎熬,更享受解开未知后的骄傲。西湖高研院亦是这样的未知,我将致力于将她变成我和所有人的骄傲。”



为什么选择科研之路?

——“科研本身就是在解答好奇心”

“知之者不如好之者,好之者不如乐之者”,古往今来,人们开始探索,都应起源于对自然万物的惊异。兴趣才是最好的老师,李牮博士再次用实际行动诠释了这句话的真谛。在高校工作与在金融业求职相比,要清贫得多。面对优渥的条件,李牮也曾动摇、也曾想过放弃,然而,经过短暂地挣扎,他依然毅然决然地选择了科研作为毕生地追求,“这更多是个人的兴趣吧,物理方面的研究,给我的感觉是学得东西越多,就会对越多的东西有好奇心,而科研本身就是在解答我的好奇心。我很高兴能坚持下来。”


研究方向

——拓扑超导与马约拉那费米子

李牮博士主要研究凝聚态物理学中拓扑非平庸系统的电子性质,在香港求学的后期发现了拓扑安德森绝缘体,现阶段尤其关注在实现高容错量子计算方面极具潜力的拓扑超导和与其相关的马约拉那费米子。与普林斯顿的一个实验组合作在超导铅表面生长的铁原子链中发现了马约拉那费米子并提供了在扫描隧道显微镜中观测到这种奇异粒子的有力证据;发展了深入理解磁性原子与普通超导体相结合体系的理论框架,并确立了这一体系在更高维度实现拓扑超导的可行性。基于这一实验体系,李牮博士和他的合作者进一步提出了有望实现演示马约拉那费米子的非阿贝尔编织统计的实验设计。


研究的社会价值


——“这种研究对将来能够实现拓扑量子计算有非常重要的指导意义”



“朝,与下大夫言,侃侃如也;与上大夫言,誾誾如也。”不善言辞的李牮在谈到他热爱的物理研究时,侃侃而谈,用通俗易懂的语言让小编接受了一次物理学洗礼——化繁为简,方显学者风范。


“从大的角度来说,物理学的发展已经引领了数次人类社会的飞跃性发展,像电磁效应的应用, 半导体和计算机产业的诞生都是基于对物理原理的透彻理解。从应用的角度, 如果问当今物理学能带给人类社会的下一个跨时代的成果是什么, 我想很有可能是量子计算机。量子计算机,顾名思义要在根本上利用量子力学,来完成一些当今的经典计算机无法胜任的任务。现在已经有很多制造量子计算机的构想和尝试,但是他们都面临一个重要的问题——量子退相干。简单来说,要保持一个量子态和存储于其中的信息并不是一件容易的事情,它会受到温度、各种外界干扰的影响。如果一个量子态因此发生不可复原的变化——也就是量子退相干,甚至失去其量子的特性,量子计算当然也就失败了。


拓扑量子计算就是意图从根本上解决量子退相干的问题。先说说拓扑。拓扑是数学的一个分支,它不关心物体的细节,而只关心某些分立化的本征的性质。举个常见的例子,一个带把手的茶杯在拓扑上可以等于一个甜甜圈,因为它们都有一个孔:茶杯的孔是把手的地方,甜甜圈的孔当然是中间的孔;另一方面,一个实心的面团和任何一个没有孔的东西是等价的,因为你总是可以把它捏成另一个东西。这里头有一个规矩——不能把原来联在一起的部分拆散,也不能把原来分离的部分合并——就好像不能把甜甜圈硬捏成一个面团。概括来说,拓扑就是关注那些与细节无关,只依赖于整体特征的信息。放到量子态这种特殊物体上,一个拓扑量子态是不受局部干扰的影响的,因此可以有效克服量子退相干。所以基于拓扑量子态的量子计算是一种比较有前途的实现量子计算的构想。


回到现实当中,要构造用于量子计算的拓扑量子态需要在物理体系里找一类叫非阿贝尔任意子的东西,这就跟我之前和现在做的东西联系了起来。当今备受关注的一种非阿贝尔任意子叫马约拉那费米子(注:其实更确切的名词应该是马约拉那零能模)——它们是在超导体里出现的一种准粒子。马约拉那费米子本身有一些很奇特的物理性质,这就已经足够让大家非常感兴趣。再加上它有可以用来做拓扑量子计算的潜力,现在更是吸引了国际国内大量的研究力量。令人鼓舞的是,至今已经有数个实验室,包括我有幸加入的一个团队,初步确认发现了这种神奇的粒子。


其实这里说发现,不如说是制造并且验证。我们所说的马约拉那费米子并不自然存在,它们的出现需要某种精心搭配的平台——涉及生长和组合不同的材料,有时还要外加适当的电场和磁场。由于这些平台的复杂性,理论支持就变得相当重要。这里的理论支持通常包括提供构建平台的思路,指出具有标志性的可观测量,以及通过分析和模拟来理解实验数据。尤其让我感到骄傲的是,通过我的理论支持,当然更重要的是在我的合作者们天才的设计和不懈的努力下,我们在普林斯顿发展出一个有效的平台,并在扫描隧道显微镜下第一次观察到了马约拉纳费米子。


现在基于这个平台的理论和实验还在不断发展中,相信不久就会有更有趣更激动人心的结果出来。回到我们起始谈的大的框架底下,我想我们现在这些工作的意义在于:我们建立了一个平台使得我们不仅第一次观察到了马约拉那费米子,而且可以详细研究甚至操纵它们,这对将来能够实现拓扑量子计算具有非常重要的指导意义。”


动力来源


——“教育是永远不会结束的”


“虽有至道,弗学,不知其善也。学然后知不足,知不足,然后能自反也”。从求学至今,有两件事让李牮记忆犹新,正是这两件小事督促他不断前行、不敢有丝毫懈怠,在科研路上愈挫愈勇,不断克服一个又一个难题,直至科研巅峰。“在瑞士日内瓦大学做博士后期间,有一次在闲聊中提到一种干涉仪,我随口说道,这个东西不是我们才刚刚开始做吗。当时,我的老板回应道,我觉得你没受到很好的教育。回去查阅资料才知道,其实我们只是把很早之前光学里已经研究的东西放到了电子学里。这个在电子学里新颖的东西,在光学里已经很有历史了。这件小事深深地触动了我,让我切身体会到教育是永远不会结束的,让我总有一种危机感,让我自己觉得其实自己在很多方面仍旧很无知,所以我愿意去接触很多我不知道的东西,我愿意去学习那些东西。”


“道虽迩,不行不至;事虽小,不为不成。其为人也多暇日者,其出入不远矣。”对科研来讲,也是如此。一份耕耘,一分收获仍是亘古不变的真理。如科研人员“多暇日”,他的学术生涯必定是“不远矣”,只有勤学苦练,日无暇晷才能取得丰硕的科研成果。李牮刚到普林斯顿的时候,恰好是一个跟马约拉那费米子有关的project到了研究关键期,当时恰逢圣诞和新年,那个本应消遣、团圆的圣诞和新年甚至比往常都要更繁忙,不断的发e-mail,不断的讨论,不断的码字,不断的修改……经过几天几夜奋战,终于在新年刚开始的时候,把文章投出去了。科研领域的竞争比其它行业更为激烈,胜败往往只在几周、几天、几个小时而已,每一个项目都像是一场战役。普林斯顿科研人对科研的热情,让李牮明白了普林斯顿之所以是普林斯顿的原因,这里的人都非常渴望成功,他们都100%或200%投入自己的工作以及研究里头。细节决定成败,这些点滴细节都是让李牮受益匪浅,激励他不断前行。


展望未来


——“我致力于将西湖大学变成我


和所有人的骄傲”


8年的博士后生涯,李牮在科研路上可谓越走越宽,取得了累累硕果。当问及为什么选择西湖大学时,他坦言道:“如果要改变生活的话,你希望是全新的生活,西湖大学对我来说也是这样。这些为西湖大学的筹建,付出很多心血的人都是大名鼎鼎、功成名就的科学家,这不仅给我很多希望,还给我很多信心。对我而言,科研中的未知往往是财富:我享受它带来的煎熬,更享受解开未知后的骄傲。西湖高研院亦是这样的未知,我将致力于将她变成我和所有人的骄傲。”




李牮简介

李牮(1981-),湖北武汉人,现为普林斯顿大学物理系博士后。1998年于西北大学获学士学位;2002年保送进入中科院物理所;2004年转入香港大学并于2008年获得博士学位;2008年底至2013年在瑞士日内瓦大学从事博士后研究;2013年至今在美国普林斯顿大学从事博士后研究。 


李牮博士主要研究凝聚态物理学中拓扑非平庸系统的电子性质,于博士阶段发现了拓扑安德森绝缘体,现阶段尤其关注在实现高容错量子计算方面极具潜力的拓扑超导和与其相关的马约拉那准粒子。与普林斯顿的一个实验组合作在超导铅表面生长的铁原子链中发现了马约拉那准粒子并提供了在扫描隧道显微镜中观测到这种奇异粒子的有力证据。发展了深入理解磁性原子与普通超导体相结合体系的理论框架,并确立了这一体系在更高维度实现拓扑超导的可行性。基于这一实验体系,李牮博士和他的合作者进一步提出了有望近期实现演示马约拉那准粒子的非阿贝尔编织统计的实验设计。由于在马约拉那费米子方面的一系列理论工作获得2016年布拉瓦尼克青年科学家(地区)最高奖。