透過量子過程斷層掃瞄可解析出消相位過程。(成功大學提供,曹婷婷台南傳真)
透過量子過程斷層掃瞄可解析出消相位過程。(成功大學提供,曹婷婷台南傳真)

「量子電腦」具備強大平行運算能力,全球學界、業界競相投入研發,成大物理系教授陳岳男與工科系助理教授陳宏斌發展「消相位動態過程的量子性檢測與驗證法」,為開放性量子系統理論闢出新徑,將有助於台灣掌握建立量子電腦,與發展量子系統關聯性的檢測技術,研究成果8月登上國際頂尖期刊Nature Communications(自然通訊)。

「以高深數學解決物理問題,不是用物理來研究物理問題,這個厲害,青出於藍!」陳岳男教授肯定陳宏斌的努力,他說,「消相位過程」對量子系統影響極大,陳宏斌提出「哈密頓量係綜集合模擬法」及進一步將理論改寫,推廣到更大應用範圍,研究成果將有助於台灣掌握建立量子電腦,與發展量子系統關聯性的檢測技術,意義重大。

陳宏斌一路在成大物理系攻讀到博士,研究所起跟隨陳岳男教授, 2019年8月獲聘為成大工科系助理教授。陳岳男稱許陳宏斌的表現,「默默累積實力,初期不見鋒芒,但一路走來如倒吃甘蔗,展現出強大爆發力與一流研究成果」。讓他最佩服的是,陳宏斌以高深數學解決物理問題,不是用物理來研究物理問題,「這個厲害,青出於藍。」

陳宏斌透露自己研究所期間並不出色,一度考慮是否該離開學術研究圈,但因喜歡做研究,加上陳岳男老師以開放方式指導學生,放手讓學生做研究,當初提出以數學方式來研究量子系統理論,非以物理方法來研究,老師也很尊重,「若非老師給學生很大的空間,一些創新想法可能會被壓抑,現在自己大概還是研究做得很普通的博後吧。」

陳岳男、陳宏斌與日本理化學研究所(RIKEN)、韓國高等技術學院(KAIST)、交大的學者們近年組成研究團隊,共同研究量子系統的消相位過程與亂序(disordered)環境影響下的關係。「消相位動態過程的量子性檢測與驗證法」論文,陳岳男是通訊作者,陳宏斌是第一作者。

量子電腦運算速度極快,傳統電腦要花數10年才能解決的問題,量子電腦可能1天就能達成。不過,目前世界上都還在找尋量子電腦的關鍵應用,一般推測,也許可以在機器學習分析、材料開發、加密演算等發揮優勢。隨著量子科技的發展,量子力學的概念也逐漸被認識,甚至走入電影情節。

在真實物理實驗,一個量子系統無可避免會與其周遭環境交互作用,但這並不易藉由測量、操作與驗證得知。可是與環境交互作用又是量子系統發生消相位過程的主因。陳宏斌提出以哈密頓量係綜集合(Hamiltonian-ensemble)法,模擬消相位過程。研究證實,可以用此一模擬法偵測出來的量子系統,一定是具有量子特性,此一研究成果在2018年1月刊登於Physical Revies Letters(物理評論通訊)。

陳宏斌希望「哈密頓量係綜集合模擬法」不僅能用在量子電腦,還能應用到其他類型量子系統,於是將理論做了一個形式上改寫,將一般用時間來描述與探討消相位過程,轉換到頻率空間去描述探討,創新改寫也為開放性量子系統理論開闢出新的研究路徑,論文更進一步登上Nature Communications(自然通訊)。

陳宏斌說,會做量子電腦研究來自國際學術交流機緣,2016年偶然發現自己做的研究與日本理化學研究所做研究,主題不同,卻有共同物理現象,驚訝之餘,雙方開始合作試著解答「為什麼」,做著做著就走入量子系統領域。研究過程多次遇到很難用物理處理的複雜問題,由於自己喜歡數學,大學時又輔修數學,靈光一閃試著用抽象的數學來研究,一步步走出困境,做出滿意的結果。

(中時 )

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