段路明：“原子上帝”载誉归来

2024年10月，第十六届量子通信、测量与计算（QCMC）国际大会上，中国科学院院士、清华大学交叉信息研究院教授段路明被授予2024年度国际量子奖，以表彰其在量子通信和量子计算领域的卓越贡献，特别是其提出的用于长距离量子通信的DLCZ量子中继方案、用于可扩展量子计算的Duan-Kimble方案和近期实现的包括300个离子量子比特的最大规模的离子量子模拟计算机。由此，段路明成为第二位获此殊荣的中国物理学家。

段路明出生于安徽桐城一个普通家庭，于中国科技大学获得学士和博士学位。为了在量子研究领域愈走愈远，段路明决定赴美深造。

在美国期间，段路明成为第一个获得斯隆研究奖的中国学者；时隔一年后，又获得海外华人物理学会杰出研究奖，被欧洲媒体赞誉为“原子上帝”。为了留住他，美国密歇根大学在2012年授予其终身教授资格。然而，即便这么多荣誉加身、美国国籍向他招手，段路明仍然选择了报效祖国。

2018年，段路明辞去美国密歇根大学费米讲席教授职位，全职回到清华大学，扎进量子力学的研究中。他完成了量子信息领域系列开创性工作，提出DLCZ量子中继方案和网络量子计算方案，为实现长距离量子通信和可扩展量子计算奠定了基础；提出通过量子网络互联进行规模化量子计算的方案，为近期离子量子计算的规模化发展奠定了基础；其提出的量子纠缠判据在量子信息领域大量应用。

2024年5月，段路明带领研究组首次实现基于数百离子量子比特的量子模拟计算，将原来的离子量子比特数国际记录（61离子）往前推进了一大步。该成果研究论文在国际权威学术期刊《自然》官网在线发表，被审稿人称为量子模拟领域的“巨大进步”“值得关注的里程碑”。

离子阱系统被认为是最有希望实现大规模量子模拟和量子计算的物理系统之一。多个实验验证了离子量子比特的高精密相干操控，该系统的规模化被认为是主要挑战。段路明带领研究组利用低温一体化离子阱技术和二维离子阵列方案，大规模扩展离子量子比特数并提高粒子阵列稳定性，首次实现512离子的稳定囚禁和边带冷却，并首次对300离子实现可单比特分辨的量子态测量。进而利用300个离子量子比特实现可调耦合的长程横场伊辛模型的量子模拟计算。该实验系统为进一步研究多体非平衡态量子动力学提供了强大的工具。