他，曾師從于郭光燦教授，在我國量子信息領(lǐng)域剛發(fā)展的早期即做出有重要影響的工作；他，于29歲便入選中科院百人計(jì)劃，成為中科大當(dāng)時(shí)最年輕的教授；他，為了更高的學(xué)術(shù)追求遠(yuǎn)渡重洋，學(xué)成之后又毅然歸國；他就是清華大學(xué)量子信息中心主任、基礎(chǔ)科學(xué)講席教授——段路明。
段路明自1994年讀研階段開始便一直從事量子信息領(lǐng)域的研究，是該方向的世界領(lǐng)軍科學(xué)家之一。段路明等提出的DLCZ（Duan-Lukin-Cirac-Zoller）量子中繼方案和Duan-Kimble光量子計(jì)算方案，為實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展量子通信和量子計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。他提出的通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)進(jìn)行規(guī)?；x子量子計(jì)算的方案，成為領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)主流方向，并受邀在權(quán)威期刊《現(xiàn)代物理評(píng)論》撰寫此方向的綜述。段路明等提出的量子糾纏判據(jù)，被國際同行稱為DGCZ（Duan-Giedke-Cirac-Zoller）判據(jù)，在量子信息領(lǐng)域大量應(yīng)用并被美國院士專家編入量子專著。
段路明教授
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段路明于1972年出生于安徽桐城，中學(xué)就讀于安徽省重點(diǎn)高中——桐城中學(xué)。受到“桐中”嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)影響，段路明在中學(xué)期間就出類拔萃，學(xué)業(yè)成績?cè)谶@所有百年傳統(tǒng)的高中名校遙遙領(lǐng)先，尤其擅長物理和化學(xué)。中學(xué)期間，他曾參與化學(xué)與物理的全國奧賽和冬令營，并因此獲得了中國科技大學(xué)的免試保送機(jī)會(huì)。
進(jìn)入到大學(xué)的段路明又是怎樣與郭光燦教授結(jié)下師生緣的呢？據(jù)實(shí)驗(yàn)室同事回憶，段路明是在本科二年級(jí)光學(xué)課的課堂上被郭光燦教授發(fā)現(xiàn)的。本科期間，段路明向來沉默寡言，絕大多數(shù)時(shí)間都用在研讀高深的科技專著上。有一次課下，段路明拿著自己寫的文章找到了郭教授，請(qǐng)他指點(diǎn)。郭教授看過以后發(fā)現(xiàn)他的論文雖略有生澀但不乏活躍的思想，他在文章中盡情表達(dá)出了他對(duì)所研究問題的思考和想法。郭教授覺得段路明是個(gè)不可多得的科研人才，便熱情邀請(qǐng)他加入自己的課題組，參加實(shí)驗(yàn)室每周進(jìn)行的研討會(huì)。段路明就這樣在郭光燦教授的指導(dǎo)下完成了碩博連讀的研究生學(xué)業(yè)。
段路明讀博期間，量子信息領(lǐng)域在國際上剛興起，該領(lǐng)域引起了他強(qiáng)烈的興趣，此后他一直致力于量子信息的研究。讀博的幾年時(shí)間，段路明在物理學(xué)的權(quán)威期刊《物理評(píng)論快報(bào)》和《物理評(píng)論》上發(fā)表多篇論文，特別是發(fā)表在1997年和1998年《物理評(píng)論快報(bào)》上的兩篇論文引起國際同行廣泛關(guān)注。由于他出色的科研成績，段路明提前一年獲得了博士學(xué)位，博士畢業(yè)這年他榮獲“中科院院長特別獎(jiǎng)”，而他的畢業(yè)論文也入選了“全國百篇優(yōu)秀博士論文”。
段路明教授在清華大學(xué)的報(bào)告會(huì)
畢業(yè)后受郭光燦教授的感召，段路明放棄了美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室做博士后的機(jī)會(huì)和其遠(yuǎn)比當(dāng)時(shí)中國高校優(yōu)厚的待遇，選擇繼續(xù)留校任教。他與郭光燦教授合作，科研成果頻出：他們率先在國際上提出了用于解決量子信息系統(tǒng)退相干問題的量子避錯(cuò)編碼；后又提出一個(gè)新的研究方向——概率量子克隆，用來研究最佳量子克隆過程，后續(xù)一些論文稱其為“段-郭”界限，這些工作被國際同行廣泛引用并得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，成為我國早期有重要影響的量子信息工作代表。29歲這年他入選中科院百人計(jì)劃，成為了當(dāng)時(shí)中國科技大學(xué)破格晉升的最年輕的教授、博士生導(dǎo)師。
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1998年，對(duì)我國量子信息領(lǐng)域早期發(fā)展起了關(guān)鍵作用的香山會(huì)議展開，段路明受邀在此會(huì)議上作關(guān)于量子編碼的報(bào)告，并在此會(huì)上結(jié)識(shí)了一些重要同行，特別是當(dāng)時(shí)在奧地利Innsbruck大學(xué)留學(xué)做量子信息研究的潘建偉。兩位在量子信息研究最前沿的年輕人從此相互交流，并結(jié)下了友誼。潘建偉建議段路明去訪問Innsbruck大學(xué)以拓展研究視野，Innsbruck大學(xué)是當(dāng)時(shí)國際量子信息研究重鎮(zhèn)，除了后來在2022年獲諾貝爾獎(jiǎng)的Zeilinger教授，還有在2013年獲沃爾夫獎(jiǎng)的Zoller教授和Cirac教授，理論實(shí)驗(yàn)方面都有杰出的領(lǐng)軍人物，學(xué)術(shù)思想非?；钴S。段路明受邀訪問，和Zoller、Cirac教授合作，在此期間做出了一些量子信息領(lǐng)域的開創(chuàng)性工作，包括后來被國際同行廣泛稱譽(yù)為奠基性的DLCZ量子中繼方案和DGCZ量子糾纏判據(jù)。
2003年，段路明擔(dān)任美國密歇根大學(xué)教職，次年便獲得了斯隆獎(jiǎng)，斯隆獎(jiǎng)是美國學(xué)術(shù)界的著名獎(jiǎng)項(xiàng)，不少斯隆獎(jiǎng)獲得者后來獲得諾貝爾獎(jiǎng)等科技大獎(jiǎng)。而這一年的段路明年僅32歲，成為同屆斯隆獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)咧形ㄒ灰晃辉谥袊@得博士學(xué)位的人。2007年，段路明被授予密歇根大學(xué)終身教職；2009年，段路明當(dāng)選為美國物理學(xué)會(huì)會(huì)士；2012年，段路明任密歇根大學(xué)費(fèi)米講席教授。在此期間他的科研成績依舊斐然，特別是和Monroe教授的合作，在量子計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)方向取得系列突破，他們的合作團(tuán)隊(duì)成為在規(guī)?；x子量子計(jì)算方向的領(lǐng)導(dǎo)力量。
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2005年，世界頂尖科學(xué)家、計(jì)算機(jī)科學(xué)最高獎(jiǎng)“圖靈獎(jiǎng)”得主姚期智教授回到了祖國的懷抱，在清華大學(xué)任教。姚期智教授對(duì)理論計(jì)算機(jī)科學(xué)、現(xiàn)代密碼學(xué)、量子計(jì)算與量子信息科學(xué)均做出過奠基性的杰出貢獻(xiàn)。2010年，姚期智教授敏銳地察覺到世界量子信息技術(shù)發(fā)展加速，為了進(jìn)一步促進(jìn)中國量子信息領(lǐng)域的發(fā)展，姚教授推動(dòng)清華建立量子信息中心，致力于量子計(jì)算機(jī)與量子網(wǎng)絡(luò)的研究，這些研究不僅需要計(jì)算機(jī)學(xué)家，還需要熟悉量子計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的世界領(lǐng)軍物理學(xué)家，在量子領(lǐng)域聲譽(yù)卓著的段路明成為了姚期智的最佳人選。
為此在2010年秋，姚期智教授專程趕往密歇根大學(xué)，與段路明就量子計(jì)算機(jī)與量子網(wǎng)絡(luò)的未來發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行了深入的探討。段路明與姚期智教授構(gòu)建了量子計(jì)算方向的科研藍(lán)圖，并受姚教授邀請(qǐng)一起推動(dòng)清華量子信息中心的建設(shè)，成為該中心的執(zhí)行主任并兼任清華大學(xué)姚期智講座教授。段路明很快在清華大學(xué)建立了量子信息實(shí)驗(yàn)室，致力于規(guī)?；牧孔佑?jì)算與量子網(wǎng)絡(luò)研究，2018年初，段路明辭去美國密歇根大學(xué)費(fèi)米講席教授職位，全職回到清華大學(xué)擔(dān)任基礎(chǔ)科學(xué)講席教授。
段路明教授正式受聘成為清華大學(xué)“姚期智講座教授”
陳吉寧校長調(diào)研清華大學(xué)段路明教授實(shí)驗(yàn)室
在清華量子信息中心，段路明研究組取得系列突破。2014年，段路明研究組在常溫固體系統(tǒng)中首次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了普適幾何量子邏輯門及其抗噪性；2017年，段路明研究組刷新量子存儲(chǔ)容量的國際記錄，首次實(shí)現(xiàn)了具有225個(gè)存儲(chǔ)單元的原子量子存儲(chǔ)器，將量子存儲(chǔ)器存儲(chǔ)容量的記錄提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)；2018年，實(shí)現(xiàn)了25個(gè)量子接口之間的量子糾纏，將由加州理工學(xué)院保持的原先紀(jì)錄提高了近6倍；同年他們結(jié)合量子多體理論和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，首次提出量子機(jī)器學(xué)習(xí)生成算法，證明了在一些重要方向量子計(jì)算機(jī)能引起人工智能算法的指數(shù)加速；近期段路明負(fù)責(zé)國家重大研究計(jì)劃中離子量子計(jì)算方向，實(shí)現(xiàn)了數(shù)百至上千個(gè)離子比特的穩(wěn)定囚禁和超越經(jīng)典超算模擬能力的基于離子比特的量子模擬，突破此方向的國際記錄。
原子量子存儲(chǔ)器陣列實(shí)驗(yàn)裝置示意圖
段路明研究組實(shí)現(xiàn)的上千個(gè)離子量子比特的穩(wěn)定囚禁
在從事科研的這些年，段教授在物理學(xué)著名學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文240余篇（其中包括《物理評(píng)論快報(bào)》66篇，《自然》《科學(xué)》主刊10篇，子刊19篇），共被引用36700多次。他就像是量子世界腳踏實(shí)地耕種的農(nóng)民，在量子信息這一交叉領(lǐng)域不斷地播種，為在中國這片土地上實(shí)現(xiàn)量子夢而持續(xù)奮斗。
10月15日，在今年即將舉辦的2023未來科學(xué)大獎(jiǎng)周科學(xué)峰會(huì)——“物質(zhì)科學(xué)-量子計(jì)算”專場中，段路明教授將以《囚禁離子量子計(jì)算的擴(kuò)展》（Scaling for Trapped Ion Quantum Computing）為題作主題報(bào)告，歡迎關(guān)注、觀看及分享。
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