最近，物理学院孙哲教授在量子相干性的单次蒸馏、高维量子非相干操作的实验研究上取得重要进展，并在实验中实现单次量子相干性的蒸馏过程，这在国际上尚属首次。这项研究成果发表于美国光学学会旗舰期刊Optica上。

孙哲教授与量子世界结缘要追溯到他的大学时代，对玄妙的量子世界的痴迷，尤其是面对微观世界里的奇妙“叠加”与“纠缠”，都让他在量子理论研究上不懈探索。

他的“量子计算实验室”装在大脑里
  “我们所在的现实世界是遵循牛顿力学、电动力学这些经典物理定律的，而量子世界是一个不确定的概率性的世界，它以鬼魅般的波动运行，也可以实物的形式被探知。”孙哲一边指着桌上的水杯，一边给记者讲解，“比如这个水杯，在现实世界中它的位置是相对固定的，我们可以通过空间方位描述它的确定位置。而在量子的世界里它的位置是不确定的，是概率性的存在于空间的一系列位置的，不同的概率分布就对应不同的状态，这就是很大的不同。”

孙哲告诉记者，与我们认识的宏观世界不同，人们发现在量子这一微观世界中许多实验现象是违背“常识”，完全无法用经典物理学诠释的。大学时期他在主干课程《量子力学》中第一次“邂逅”量子，就被其深深吸引。课堂上，老师将“量子叠加”比作一只猫可以处于“既生又死”的状态。“更为神奇的是，这种叠加状态极其脆弱，一旦有人去测量，它就会立刻从叠加状态变为确定状态。”孙哲笑着说。

此后，他在浙江大学攻读凝聚态物理博士学位期间，便将研究视角聚焦在量子信息、量子光学与量子度量学等基础研究上。“理论研究有了新突破，才能更好地指导实践。”他告诉记者，理论研究是“啃”科研的硬骨头，他的量子计算“实验室”就装在大脑里。

“‘嚼烂’文献是理论研究的第一步。”孙哲告诉记者，他长期关注的中外前沿研究课题组就有10余个，包括有新加坡国立大学Vlatko Vedral教授团队、巴塞罗那自治大学Andreas Winter教授团队，中科院物理所范珩教授小组、首都师范大学费少明教授小组等。推导已有成果，是“吃透”文献的关键路径。“在推导验证这些最新理论成果的过程中，或许就有新的研究灵感。”孙哲坦言，要认真研读一篇论文，理解研究方法，仔细进行推导，一步步捋顺思路，直至完全读透，一般都要花很长时间。

孙哲在办公室给学生解答问题

“面对这些已有成果，我们常常思考，它们之所以成功，前提假设是什么，如果不做假设，结论是否能够成立，又或是把同样的研究课题置于更普遍情况，比如开放系统中，增加考虑环境因素，是否也能成立。”孙哲说，新课题会在这样的思考中迸发出来。去年开始，孙哲带着3名研究生开始运算推演一项新理论：多体量子系统中量子相干的协调辅助蒸馏。

“自2016年以来，渐近极限下，混态的辅助相干蒸馏是否存在精确的解析度量，现有的解析上界是否可达，这类问题还没有彻底被解决。此外，辅助相干蒸馏在多体量子系统上的研究也尚属空白。”光学专业2019级研究生王黄秋辰告诉记者，最初想到要做这项研究，缘起于当时物理学最新的两篇成果，一篇出自物理学TOP期刊PRL，另一篇则是中科院范珩教授小组的科研成果。“我们就站在前人的肩膀上，尝试解答辅助相干蒸馏率在多体系统中的分布关系，并用这一关系来判定多体量子系统中的多体量子关联。”他解释道。

在A4大小的纸张上伏案做草稿，在黑板上一遍遍推导演算，和课题组成员研讨新的运算方式，这是他们的科研工作常态。孙哲不愿放过任何一点零碎的时间去探索量子的世界，甚至一度在孙哲看来，如果不把空余时间用于科研，就等同于浪费时间耗费生命。

孙哲办公室用于推导计算的黑板

然而更多时候，是读不懂文献的艰难时光。这时，孙哲就尝试着寻找物理基础科学研究中的孪生兄弟——数学。他笑着告诉记者，“最近，我开始学习Law of Large Numbers（大数定律）。”这是一种描述当试验次数很大时所呈现的概率性质的定律，已经广泛应用到宏观经济学、量子热力学、空气动力学等各个领域。

  “搞科研，要有股‘较真’的‘狠劲儿’”
  “从理论假设，到最终实验验证，通常需要一两年时间。”他笑着告诉记者，“文章不写半句空，在物理学科同样适用。搞科研，就要有股‘较真’的‘狠劲儿’。”在孙哲看来，咬准目标、长期坚持、保持韧劲是做好科研的关键。2018年寒假期间，孙哲连续1个月伏案撰写英文论文。“早上8点准时开工，一直忙到深夜11点，中饭将就着简单吃点，除夕夜和大年初一也是如此。”孙哲感慨，“假期太宝贵了，有整块儿的时间做科研很难得。”同年，他的两篇科研成果Creation of quantum steering by interaction with a common bath和Quantum Temporal Steering in a Dephasing Channel With Quantum Criticality分别发表于Phys. Rev. A和Ann. Phys.。
  他还常常把这种“较真”带到与学生的日常交流中。每周五下午，是孙哲与研究生例行组会的时光，物理学专业2021级研究生卫鹏飞称其为“brainstorming”。师生一道在黑板上推导运算公式，“为什么要这样推导？这背后的逻辑关联是什么？”这是孙哲常常向学生提出的两个问题。“有次我很兴奋地在黑板上推导公式，孙老师站在一旁默默用手比划着，还将我的每一步推导过程都核查一遍。”卫鹏飞告诉记者，他当时很不理解，还和老师辩解说“我都运算过，没问题的。”“结果孙老师检查了没多久便发现了错误。当时我挺失落的，毕竟这个推导我计算了2周时间。”他说，“孙老师并没有因此责备我，反而鼓励我，要持之以恒做研究。”

孙哲在黑板上推导验算 

论文初稿中呈现的计算公式

孙哲指导并修改后的论文

  “我的论文初稿看起来更像是一张数学试卷，上面堆满了公式和运算步骤。”王黄秋辰说着给记者展示了他的论文初稿，那是一篇缺少物理学意义描述的长幅文章。“孙老师看后，给我示范了一段写法。他将长篇推导分成短篇，再加上文字描绘，接着补充了公式的物理学意义，逻辑清晰、一目了然。”他的语气不无钦佩。

  “我们团队要把研究视野聚焦到量子精密测量领域。”孙哲兴奋地规划着今后的方向，“量子精密测量是需要研究人员‘锱铢必较’的。现在国际上使用的‘秒’的定义是1976年基于铯-33的原子钟确定的，现在这种原子钟已经不够精确了，而未来如果将量子为尺，突破经典力学的精度极限，有望重新定义‘秒’，这至少提高了10的6次方至7次方的量级。”此外，他带领团队还将借助学院的实验室基础，扩展实验平台。“希望借助更高水平实验技术来验证我们的研究理论成果。”孙哲满怀憧憬地说。