供稿人：王旌典 汪昱彤 包咏琦 杨浩 董诗琪 江顺子

为了让大学二年级的本科生了解和认识物理的前沿发展，初步建立科研学术的概念，从中体会科学创新思维的建立过程，了解现代物理中存在哪些重要问题，从而逐步确定未来学习和研究的方向，形成长效驱动，增加学习动力，新葡萄88805官网面向22级物理专业本科生，包括强基班和求是书院、徐特立英才班分流学生，计划开展为期三周的博约科技讲座课程。以下是9月4日到9月8日讲座的相关内容介绍：

讲座【一】量子计算：现状及未来

【讲座时间】

2023年9月4日上午10：00-11:00

【主讲人简介】

尚江伟，新葡萄88805官网研究员/长聘副教授、博导。2010年本科毕业于新加坡国立大学物理系并获得理学一等荣誉学位，2014年在新加坡国立大学量子科技研究中心获得博士学位，2014年到2017年先后在新加坡量子科技研究中心和德国锡根大学物理系进行博士后研究。2018年初加入新葡萄88805官网，研究方向为量子信息和量子计算，主要包括量子层析、量子验证、量子测量、量子纠缠的判定和度量、非局域关联、算法的研究等。已在包括Phys.Rev.Lett./Research/Applied/A，NatureCommun.，npjQuantumInf.等顶级学术期刊上发表论文三十余篇。

【讲座内容】

讲述了关于量子计算方面的知识，为同学们拓宽了关于物理前沿的视野，在讲座完之后，尚老师详细耐心地解答了同学们在讲座中存在的疑惑，同学们都收获颇丰。

尚江伟老师通过对量子计算由浅入深的引入，从谷歌的“悬铃木”和中科大的“九章”等量子计算机说起，向我们大家介绍了量子计算的优越性以及其在科研领域的广阔前景。由于量子效应的出现，经典计算机的摩尔时代必将终结，人类文明社会的持续发展必然要依仗着新一代信息技术的出现。而量子计算机将成为后摩尔时代具有标志性的新技术，这一融合了量子物理和计算机科学的新兴交叉学科，突破了原有计算机基于传统芯片的物理极限，通过一种全新的方式对计算机的性能进行质的提升。老师通过生动形象地举例证实了量子计算机相较于传统计算机的优势，如在信息传输方面，量子计算机可以通过更强大地加密功能使得信息的传递变得非常安全。同时我国也十分重视相关方面的研究，此前发射的“墨子号”量子卫星就是最好的佐证。

通过老师的讲座。同学们对于量子计算这一新兴的学科有了一定的了解和认识，大家都受益匪浅，这不仅有利于之后同学们对于物理的学习，也为之后我们方向的选择以及对于前沿物理的研究提供了一定的指导和方向。在未来中国在科技上赶超世界的路途中，必然会有量子计算的一臂之力，随着越来越多的人投身于此，相信未来一定会是光明的。

讲座【二】 怎样造一个直径有北京到上海这么大的望远镜

【讲座时间】

2023年9月4日下午14：00-15:00

【主讲人简介】

陈宇辉，新葡萄88805官网光学物理系副主任。2008年毕业于中山大学物理科学与技术学院，2013年于中科院物理研究所获得博士学位。研究兴趣包括微纳光学和量子光学两个方向，目前主要围绕量子互联网开展相关研究工作，特别是在可集成量子存储方面开展了一系列的理论和实验探索。

【讲座内容】

陈老师本次讲座旨在向大家科普如何基于量子网络技术，实现量子纠缠的远距离分发，从而实现分布式的量子测量。老师从镜头分辨率的定义、手机多镜头设计的意义等贴近生活的基础问题讲起，在对望远镜从古至今的发展历程娓娓道来后，向大家深入浅出地解释了目前量子望远镜的原理、未来发展前景，畅想运用量子力学原理传输信息的量子互联网将如何引领通信新时代。最后老师还耐心解答了同学们许多好奇的问题，是一堂很有科普价值和启蒙意义的讲座。

通过老师的课堂，同学们对于量子网络技术的应用领域有了进一步的了解，不仅提升了同学们对今后物理知识的学习，也让大家对科学研究与技术应用之间的密切关系有了进一步的认识。

讲座【三】 基于光电量子行走的信息处理

【讲座时间】

2023年9月6日上午10；00--11：00

【主讲人介绍】

陈天，副教授，博士生导师。

主要研究领域为

1. 拓扑相及相应性质研究。探索晶格模型中相应拓扑性质的刻画与描述，结合拓扑物理的相应性质应用于量子信息技术，拟实现有效的拓扑量子计算。

2. 量子随机行走性质研究。一方面基于量子随机行走系统来模拟拓扑系统的性质；另一方面利用量子随机行走系统来实现有效的量子信息传输过程。

学术成就：

1．基于电路系统的拓扑物态性质研究

利用微波电路系统模拟构造出kitaev toric code模型的基态，进一步观测出随着外场强度的增强而产生的拓扑相变[Nat. Commun. 10, 1557 (2019)]。利用电路构造出非厄米晶格，展示受到趋肤效应驱动的杂化拓扑-趋肤边界模式[Nat. Commun. 12, 7201 (2021)]。

2．基于光学系统的拓扑性质研究及应用

在自由空间的光学系统中，首次实验观测出二维量子随机行走的反常拓扑保护边界态[PRL 121, 100501 (2018)]。利用光学系统，构造具有特殊边界的量子随机行走系统，展示新奇的非厄米拓扑边界态[Laser Photonics & Reviews 14, 2000092 (2020)]，以及高保真度的纠缠态传输和转化[Laser Photonics & Reviews 16, 2100519 (2022)]。

3．量子算法的实验实现

在电路中执行量子算法。我们在实验上实现了基于图结构的量子算法[Research, 2021, 9793071 (2021); Advanced Quantum Technologies 5, 2100143 (2022)]。

【讲座内容】

在讲座中，陈教授首先向大家介绍了信息处理和量子行走的定义，首先通过一个视频像大家展现了墨子号卫星在太空实现远距离量子通信的例子，进一步的对信息处理和量子行走进行了进一步的解释，又通过一个关于“九章二号”量子计算原型机的视频对量子算法也进行了介绍。提出量子行走是“量子”版本的经典行走，可以用来进行量子算法、量子态传输等。接着，陈教授对光系统的量子态调控进行了详细的介绍。在拓扑通道中的纠缠态探讨中引入了一个近乎完美的纠缠态转移，从而使入射的信息在出射端依然保持完整，实现了信息的完美传递。接着提出了手性态传输，利用这种形式，实现和初始态没有关系的稳定的量子纠缠态的产生。同时陈教授介绍了我们与香港理工大学的刘爱群院士合作制备了一种光芯片去求解MAX-Cut、3-SAT等NP。然后陈教授对电系统的高精度快速信息处理从量子算法设计与实现和高精度感知两个方面进行了介绍。将经典电路与量子力学现象联系在一起，基于经典电路实现快速的量子算法（搜索算法，快速到达算法，逻辑运算，拓扑量子计算等等）。而高精度感知，主要涉及长程关联的拓扑。最后陈教授进行了总结，我们可以在光系统实现量子态的有效调控，在电系统实现高精度快速信息处理。

讲座【四】 核医学成像中的物理原理和技术

【讲座时间】

2023年9月6号下午14:00至15:00

【主讲人简介】

贠明凯，首都医科大学附属北京安贞医院核医学科副研究员，毕业于中国科学院高能物理研究所粒子物理与原子核物理专业，获理学博士学位；主持国家自然基金青年项目1项，中国科学院高能物理研究谢家麟基金1项，首都医科大学培育项目1项；作为子系统负责人开发人体PET成像系统一套，作为核心成员参与“863”项目1项、国家重大科学仪器设备专项开发1项。学术兼职有：中国核协会医学物理分会理事，中华医学会核医学分会青年委员，中国图学学会医学与设备专业委员会委员，北京卫健委职业卫生、放射卫生技术服务专家组成员。

【讲座内容】

贠老师在讲座中用生动幽默的语言，不仅向我们介绍了核医学的基本概念——一门利用放射性核素及其标记化合物开展疾病的诊断、治疗和研究的交叉学科，还从在医疗成像中应用的射线成像的原理、核医学历史上的里程碑事件、核素衰变作为核医学的“光源”的作用原理等方面向我们具体细致地介绍了核医学。

在讲座中，贠老师利用简洁清晰的示意图讲解了PET（positron emission tomography）全身成像和SPECT（single photon emission computed tomography）全身成像的原理，并且带着我们回顾了过去几百年间物理学家在探索核物理奥秘中付出的努力，以及核医学在医学界中的重要作用，接着向我们介绍了目前核医学中常见的电离辐射源：X射线、α粒子、β粒子、γ射线、正电子，告诉我们在绝大多数射线探测中最终的信息载体是电子，科普了一些射线与物质发生相互作用的机制以及目前常见的几种射线探测器。

最后，贠老师以一位新葡萄88805官网应用物理系毕业学长的身份告诫我们：在学习物理的过程中，最重要的事情之一就是要心怀信念，不畏困难，坚毅前行。讲座氛围十分轻松，我们都感到很荣幸也很开心能与北理工的优秀毕业生学长有这样的一次交流机会。

讲座【五】 拉花剪纸助力纳米制造？--基于纳米剪纸形变的微纳制造及光学应用研究

【讲座时间】

2023年9月8日上午10：00-11:00

【主讲人简介】

李家方，北理工新葡萄88805官网教授、博导、副院长，国家青年拔尖人才。2002年与2005年分别于南开大学获学士、硕士学位，2009年于澳大利亚斯威本科技大学获博士学位，2009年至2018年在中科院物理所参加工作，2017年9-12月在麻省理工学院进行访问研究，2018年12月调入新葡萄88805官网。研究聚焦于三维纳米制造技术，以及微纳尺度下光与物质的相互作用。针对三维纳米制造“卡脖子”技术难题，另辟蹊径，2018年在国际上首次实现了纳米剪纸三维微纳制造技术，2021年发展纳米形变光机电动态调控新机制。相关工作在Sci. Adv., Nat. Commun., Nano Lett., Adv. Mater., Light等顶级期刊上发表论文70余篇，做国际会议邀请报告10余次。承担基金委、科技部、北京市、广东省、中科院项目/课题十余项。

【讲座内容】

本次报告的主题为“微纳形变制造技术与光学应用”。从古至今，随着科学与技术的发展，剪纸与折纸逐渐由艺术转变为一门科学，并逐步应用到各个领域。本次讲座从两个极端的尺度——太空探测和纳米制造介绍了剪纸与折纸的应用。在太空观测领域，将剪纸形变应用于太阳帆的展开过程，有效的降低了航天器重量并增大展开面积，为人们观测太空、发现外星文明插上了翅膀。在纳米制造领域，面临芯片技术的封锁，科研领域将致力于新型纳米制备与加工技术，在传统的光刻技术上更进一步，采用3D微纳制造技术，融合二维纳米裁剪和三维纳米形变，把宏观的剪纸技术应用到微观领域。在光学方面，利用纳米剪纸的扭曲特性，构建新的几何构型探索新颖光学手性。

李家方老师从富于艺术性的生活常见工艺剪纸与折纸出发，介绍了拓扑结构，光学手性的产生、增强、反转、应用以及纳米剪纸结构的动态调控等等科学前沿，引起同学们对技术结合的深入思考，激发了同学们的创新动力，为同学们今后的科学研究埋下创新思维的种子。

讲座【六】 谈谈量子材料 博约讲座总结

【讲座时间】

2023年9月8日下午14：00-15:00

【主讲人简介】

姚裕贵，新葡萄88805官网杰出教授、美国物理学会会士、国家重点研发计划项目首席科学家、国家自然基金委创新研究群体首席科学家、教育部重点实验室主任、新葡萄88805官网院长。曾获杰青、长江、万人、北京市有突出贡献人才、北京最美科研工作者、北京市先进科研工作者等多项荣誉，享受政府特贴。荣获国家自然科学奖、教育部自然科学奖、中国科学院杰出科技成就奖、北京市自然科学奖、北京市高等教育教学成果等奖项，连续5年入选科睿唯安全球“高被引科学家”名单。

针对材料中贝里相位效应相关的关键科学问题，率先发展了反常输运物理量与拓扑不变量的第一性原理计算方法，关于反常输运的部分成果被写进了教科书，是该领域开拓者之一；引领了硅烯等二维拓扑材料的研究，所提出的理论模型被冠名；完成了三维晶体中准粒子的分类并建立了百科，为搜寻和实现相关演生粒子提供理论指导。这些原创成果加深了人们对真实复杂材料中新奇量子现象的理解，加速了新量子态材料的发现，推动了凝聚态和计算物理相关领域的发展。

【讲座内容】

本次讲座主要科普了量子材料是什么，有着什么样的魅力。讲座首先从大的物理全景图开始，逐步带领学生们走向量子物理和量子材料，姚老师详细讲述了量子革命的发展历史现状和短期长期所能实现的目标展望，展现了前沿学术问题和量子功能材料的多方面可发展方向。讲座同时也向同学们介绍了凝聚态量子物理的几个方向，超导材料和超导机理的发展、属性和应用；拓扑绝缘体表面传导电流等及拓扑材料体系的重要发展方向；低维量子材料体系及其0维到3维的构建和复合、调控、制备、表征等未来发展需要；量子材料由于多自由度强关联而产生独特的演生现象和演生粒子；极端条件下的新奇量子物态和量子物质的探索与合成等。也介绍了物理的研究方法和研究手段，用数字计算自然奥秘的计算物理和相关的诺贝尔奖获得者，并阐述了姚老师团队在拓扑量子态与相关物性、低维材料新奇物性、光与材料相互作用和能源材料设计、群表示理论和演生粒子方面的突出工作。

最后姚院长与新葡萄88805官网的同学们聊了聊如何通过四年大学生活，把自己从一个学习者变成一个年轻的科学探索者，未来去创造知识；通过“兴趣促使勤奋，勤奋伴生悟性，悟性引发创造，机遇帮助成功”强调了勤奋的重要性，应具备不断学习的气质，去体验科学研究的乐趣。并积极回答学生们的问题，回答了学生的发展困惑，并对同学们未来学习指出了方向。