段路明：“原子上帝”載譽歸來

2024年10月，第十六屆量子通信、測量與計算（QCMC）國際大會上，中國科學院院士、清華大學交叉信息研究院教授段路明被授予2024年度國際量子獎，以表彰其在量子通信和量子計算領域的卓越貢獻，特別是其提出的用于長距離量子通信的DLCZ量子中繼方案、用于可擴展量子計算的Duan-Kimble方案和近期實現的包括300個離子量子比特的最大規模的離子量子模擬計算機。由此，段路明成為第二位獲此殊榮的中國物理學家。

段路明出生于安徽桐城一個普通家庭，于中國科技大學獲得學士和博士學位。為了在量子研究領域愈走愈遠，段路明決定赴美深造。

在美國期間，段路明成為第一個獲得斯隆研究獎的中國學者；時隔一年后，又獲得海外華人物理學會杰出研究獎，被歐洲媒體贊譽為“原子上帝”。為了留住他，美國密歇根大學在2012年授予其終身教授資格。然而，即便這么多榮譽加身、美國國籍向他招手，段路明仍然選擇了報效祖國。

2018年，段路明辭去美國密歇根大學費米講席教授職位，全職回到清華大學，扎進量子力學的研究中。他完成了量子信息領域系列開創性工作，提出DLCZ量子中繼方案和網絡量子計算方案，為實現長距離量子通信和可擴展量子計算奠定了基礎；提出通過量子網絡互聯進行規模化量子計算的方案，為近期離子量子計算的規模化發展奠定了基礎；其提出的量子糾纏判據在量子信息領域大量應用。

2024年5月，段路明帶領研究組首次實現基于數百離子量子比特的量子模擬計算，將原來的離子量子比特數國際記錄（61離子）往前推進了一大步。該成果研究論文在國際權威學術期刊《自然》官網在線發表，被審稿人稱為量子模擬領域的“巨大進步”“值得關注的里程碑”。

離子阱系統被認為是最有希望實現大規模量子模擬和量子計算的物理系統之一。多個實驗驗證了離子量子比特的高精密相干操控，該系統的規模化被認為是主要挑戰。段路明帶領研究組利用低溫一體化離子阱技術和二維離子陣列方案，大規模擴展離子量子比特數并提高粒子陣列穩定性，首次實現512離子的穩定囚禁和邊帶冷卻，并首次對300離子實現可單比特分辨的量子態測量。進而利用300個離子量子比特實現可調耦合的長程橫場伊辛模型的量子模擬計算。該實驗系統為進一步研究多體非平衡態量子動力學提供了強大的工具。