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吴培亨

吴培亨,超导电子学家。南京大学教授,江苏张家港人,1939年11月生于上海市。长期从事超导电子学的研究,尤长于超导电子器件的高频(微波到太赫兹波段)应用,曾获得国家自然科学三等奖(1990)、国家教委科技进步一等奖(1989)、全国科学大会奖(1978)等七项省部级以上的奖励。1961年毕业于南京大学物理系。现任南京大学超导电子学研究所所长,兼中国电子学会超导电子学分会主任。2005年当选为中国科学院院士。

吴培亨,超导电子学家。南京大学教授。1939年11月生于上海市,原籍江苏张家港。1961年毕业于南京大学物理系。现任南京大学超导电子学研究所所长,兼中国电子学会超导电子学分会主任。2005年当选为中国科学院院士。

长期从事超导电子学的研究,尤长于超导电子器件的高频(微波到太赫兹波段)应用。在探索有关物理过程的基本规律、发展新型的超导电子器件、推动超导电子器件的实际应用等领域开展研究工作,取得的主要成就涉及高温超导体内的隧道过程;多种低温和高温超导结的制备、表征、高频特性与应用;超导混频器和高灵敏接收机、频率精密计量、高精度高频信号源;高温超导薄膜的制备、加工、性能优化等方面。

吴培亨,超导电子学家,南京大学电子科学与工程系教授、超导电子学研究所所长,主要学术兼职有国务院学位委员会学科评议组(物理、天文组)成员、中国电子学会超导电子学分会主任等。

原籍江苏张家港,1939年11月生于上海市,1946年迁居苏州,1956年毕业于江苏省苏州中学高中部,考入南京大学物理系,1961年毕业后留校任教至今。曾任南京大学研究生院院长、南京大学信息物理系主任、丹麦技术大学客座教授、日本东京大学客座教授、日本东北大学客座教授和教授、德国尤利希研究中心客座科学家、英国国家物理实验室和英国剑桥大学高级访问学者等职,长期担任国际超导电子学会议国际顾问委员会委员。

专长于超导电子学及其高频(微波至太赫兹波段)应用。在探索超导体内有关物理过程的基本规律、据以发展新型的电子器件、努力推进实际应用等方面做了系统的工作。曾获得国家自然科学三等奖(1990)、国家教委科技进步一等奖(1989)、全国科学大会奖(1978)等七项省部级以上的奖励。取得的主要成就涉及高温超导体内的隧道过程;超导结的制备、表征、高频特性与应用;超导混频器和高灵敏接收机、频率精密计量、高精度高频信号源;高温超导薄膜的制备、加工、性能优化等方面。他所领导的南京大学超导电子学研究所是中国从事有关领域的研究与培养高级人才的最重要的基地之一。1979年8月至1980年10月在剑桥大学Cavendish实验室作高级访问学者。1980年10月至1981年12月在英国国家物理实验室作访问研究员。1988年5月至1988年6月在Denmark大学作访问教授。1989年12月至1990年6月在德国ForschungszentrumJuelich作访问科学家。1993年10月至1994年4月在日本东京大学作访问教授。1995年5月至1995年6月在Technical University of Denmark作访问教授。1996年3月至1996年9月,在日本Tohoku大学作访问教授。中国超导科技专家委员会委员,江苏省电子科技协会副主席,中国电子科技协会会员,IEE会员,IEEE高级会员

量子计算机最基本的东西是什么呢?仍然是比特,但是这个比特的0态和1态是可以同时占据的,比如说某一定的概率占据其中的0态,另外一个概率占据1态,量子比特最重要的特点就是可以有两个量子态,这两个量子态是可以同时占据的。”吴培亨在演讲中提到,有人认为19世纪是机器的年代,那个时候工业革命,是用各种各样机器发展的。20世纪是信息的时代。21世纪是什么时代呢?有人说是量子的时代。现在许多国民经济总产值里面的东西,至少有30%可以追溯到量子力学,没有量子力学,国民经济总产值里面30%的东西都没有,比如激光等。不管怎么说,在21世纪的今天,量子理论、量子技术,是非常重要的。

普朗克提出一个理论,黑体辐射的量子理论。无论是黑体的辐射能量或者是吸收能量,不能够是连续变化的,只能够是最小单位的整数倍。比如说现在喝水,原则上说随便你要喝多少,可以连续变化。但是黑体辐射的辐射能量或者吸收能量不可能连续变化,它发射的能量有一个最小的份额,吸收的时候也有一个最小的份额,这个最小的份额即最小的单位,就叫做量子。”吴培亨表示,普朗克提出辐射量子理论以后,成功地解决了黑体辐射的问题。但是在普朗克那个时代,大家觉得这个没有道理,为什么一定是最小单位的一份?这个大家不大能接受。普朗克自己提出这个东西的时候,是作为计算的理论,是一种计算的方法。量子究竟是怎么回事,他自己也不知道。直到1905年,爱因斯坦研究光电效应,某一种金属,把光打上去,在一定条件下金属的电子可以脱离金属跳出来。其中最基本的就是对于某一种金属来说,有一个特定的频率,照上去光的频率一定要比特定的频率高,电子才能够打出来,如果比那个频率低,打不出来。爱因斯坦解释,光除了有波动性质之外,还有量子的性质,它是一颗一颗、一份一份的,只有当最小单元所含有的能量足够大的时候,才能够把电子打出来,而最小单位的能量,或者说每一个光子所携带的能量等于多少?等于某一个常数乘上光的频率,这就解释了当频率太低的时候,一个光子所具备的能量不足以把电子从金属里面打出来,爱因斯坦用光的量子理论,成功地解释了光电效应。

量子力学里面有许多主要的结论,与日常生活的概念听起来是不一样的,因为它处的对象是元子层次的世界。在日常生活的宏观世界,支配运动的规律是牛顿力学;而在微观世界里面,则是量子力学。现在为什么有人说21世纪会变成量子的世界?原因是量子力学的一系列规律或者量子力学规律的适用性,它的范围逐渐大起来。”吴培亨在演讲中指出,量子力学里面有几条很著名的定理:一是光的粒子性和波动性;二是量子态可以同时占据;三是所谓测不准关系,对一个粒子来说,要同时把它所在的位置测准,要把它的速度测准,不可能。他认为,现今对于量子计算机来说,最重要的就是量子态可以同时占据的事情。这就相当于薛定谔猫,光子两个状态可以同时去,与宏观系统概念完全不一样,量子计算机最基本的理论依据就在于此。理论依据是什么?我们要去做,找那个物理系统,它要有两个量子态,这两个量子态要能够同时占据,这就是现在量子计算机或者量子计算所研究的主要内容。

从计算机的角度来说,这意味着什么?意味着用量子比特的时候,是一个并行的计算,对经典比特来说,因为任何时刻只能占据一个状态,你只能对这个状态起作用。而对量子比特来说,相当于八个系统同时在做用量子比特和经典比特比,量子的所谓并行性是量子计算最精华的所在。”吴培亨分析称,有许多计算的问题,不是不会做而是没有时间去做。如果说用了量子比特以后,做任何一种计算,相当于并行的计算,原来要一个一个做的计算可以一起做,计算就快了很多。他还形象地举例称,如果一个数字是129位,按照这个来分解因式,大概要8个月。如果一个数字是250位,分解因式要到100万年。如果这个数字是1000位,分解它的时候是10的25次方年。今天要去破解银行的系统,8个月也许还有可能,如果数字大到100万年才分解,几乎是不可能完成的任务。而这些东西,用量子算法,几分钟就解决了。量子计算机的未来

量子计算机和经典计算机最大的区别就是量子比特用什么样的系统实现。这个物理系统要有两个量子态。这两个量子态能够被同时占据,这对计算机来说,就相当于用量子比特有量子并行算法的可能性。

目前量子计算是初露端倪但前程似锦。至于最后能不能做到像今天这些经典计算机一样,谁也说不准,这就是科学。

吴培亨,男,1939年生,教授、博士生导师1961年毕业于南京大学物理系。2005年当选为中科院院士

1979年8月至1980年10月在剑桥大学Cavendish实验室作高级访问学者,1980年10月至1981年12月在英国国家物理实验室作访问研究员

1988年5月至1988年6月在Denmark大学作访问教授

1989年12月至1990年6月在德国Forschungszentrum Juelich作访问科学家

1993年10月至1994年4月在日本东京大学作访问教授

1995年5月至1995年6月在Technical University of Denmark作访问教授

1996年3月至1996年9月,在日本Tohoku大学作访问教授

中国超导科技专家委员会委员

江苏省电子科技协会副主席

中国电子科技协会会员

IEE会员,IEEE高级会员

⒈吴培亨,杨森祖,程其恒,“液氮温区超导电子器件的应用基础研究”获国家教委科技进步奖一等

2.吴培亨,杨森祖,程其恒,鲍家善,“超导隧道效应的高频应用”获江苏省科技进步奖三等奖

⒊吴培亨,杨森祖,程其恒,鲍家善,“毫米波、亚毫米波段超导器件的开发和研究”获国家教委科技进步奖二等奖

⒋微波超导科研组,“三公分波段微波超导接收机”获全国科学大会奖

⒌吴培亨,程其恒,杨森祖,“氧化物超导体在液氮温区的约瑟夫逊效应的研究”获国家自然科学三等奖

“我想利用这个机会,和大家分享一点关于量子计算方面最基本的概念。大家都知道现在的计算机非常普遍,从大型计算机到台式计算机到笔记本电脑,这些都已经很清楚。为了区别起见,我把我们现在常用的计算机叫做经典(或传统)计算机。今天我要说的完全是另外一类计算机,它是按照量子力学的原理所构建的完全新型的一种计算机。”吴培亨表示,有关量子计算机是最近十几年以来,科技界很热心做的事情。起初只是讨论量子力学的基本原理能不能用到计算机上去,但直到现在,还没有做出真正像经典计算机那样可以用的计算机。

“所以在学术界里,大多数人是将其称为量子计算,而不称为量子计算机。”吴培亨认为,随着科技的进步和时代的发展,有可能通过这个概念做出很好的、全新的计算机。

“为了要说明白这个概念,我从经典计算机开始说起。”吴培亨称,世界上第二台计算机大概是在上世纪40年代做出来的,那时候还没有晶体管,更没有集成电路,开始的时候都是用电子管做的。第二台计算机用了1800个电子管,重量30吨,里面所用到的电线大概是800公里,此后做了许许多多的改进,并涌现出半导体、集成电路等。“在将近60多年计算机的发展中,尽管经历了许许多多重大的变革,但是有两件事情没有变:在经典计算机里面,数的表示都用二进制,而我们通常是十进制;另外,要构建一个物理系统作为信息的载体,0和1无疑是最简单的方法。”吴培亨介绍,从学术上来说经典计算机一定要构建一个物理系统,作为信息的载体,这个物理系统有两个态,分别叫0态和1态,任何一个时刻,要么占据0态,要么占据1态,没有一个系统同时占据0态和1态。总之,经典计算机里面最基本的两个东西:一是用二进制;二是二进制的信息载体是一个经典的比特,经典的比特在任何特定的时刻只能够要么是0态,要么是1态。

⒈鲍家善,吴培亨编译,《参量放大器(Ⅱ)》,科学出版社,北京,1962

⒉吴培亨等译,《微波测量方法》,上海科技出版社,上海,1964

⒊《微波电路》,科学出版社,1980

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⒎AGeneralSurveyoftheResearchonSuperconductivetunnellinginChinaIBID,1983

⒏ApplicationsoftheJosephsonEffecttoMicrowaveMeasurements(invitedtalk),TheworkshoponMeasurementsinSouthwestChinaKu,1984

⒐ExperimentalStudiesonJosephsonOscillator-mixerLowTemperatureandSuperconductivity,1985

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⒒ConversionEfficiencyandNoiseofIncoherentDetectioninJosephsonOscillator-mixer,Proc.ofthe4thNationalConferenceonSuperconductiveTunnelling,1985

⒓QiangHu,P.H.Wu,AnadjustablePulseGeneratorUsingJosephsonTunnelJunction,Proc.ofthe4thNationalConferenceonSuperconductiveTunnelling,1985

⒔CalculatingtheParametersofanSISJunctionfromtheExperimentalⅣCurve,Proc.ofthe4thNationalConferenceonSuperconductiveTunnelling,1985

⒕吴培亨,杨森祖,程其恒,吉争呜,采用单极子微带天线耦合的SIS结混频器变频效率的研究,低温物理学报,Vol.8,No.4,1986 15.吴培亨,小面积Pb合金隧道结中的准粒子射频感应台阶,低温物理学报,Vol.8,No.3,1986

⒗吴培亨,盛玉宝,籍荣甫,用于亚毫米波的点接触超导二极管的研制,低温物理学报,Vol.8,No.4,1986

⒘Q.Huang,P.H.Wu,StudyonHysteresisinJosephsonTunnelJunction:CalculatingtheMinimumCurrentonPhasePlane,Jpn.J.Appl.Phys.,Vol.26,1987

⒙吴培亨,程其恒,杨森祖,范敏华,冯一军,陈健,李元等,JosephsonFrequencyMixingBetweenTwoK`-`a`!`BandSignalsinCeramicBridgeatliquidNitrogenTemperatures,KexueTongbao,Vol.32,No.24,1987

⒚P.H.Wu,SuperconductingElectronicsinChinaInternationalSuperconductivityElectronicsConfer,1987

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25.吴培亨,程其恒,杨森祖,范敏华,冯一军,陈健,李元,陆怀先,液氮温度下陶瓷桥中两个Ka波段信号的约瑟夫逊频率混频,科学通报,Vol.16,1987

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27.吴培亨,超导结声子检测器中信号幅度的理论估算,低温与超导,Vol.16,No.3,1988

28.吴培亨,SIS结参量放大器的研究,低温物理学报,Vol.10,No.3,1988

29.李元,杨森祖,吴培亨,Nb/Al-AlOx/Nb隧道结的制备,物理学报,Vol.37,No.5,1988 30,S.Z.Yang,Z.M.Ji,Z.J.Sun,D.Jin,P.H.Wuetal,Researchon?YBCOSuperconductingthinfilmsatLiquidNitrogentemperaturesActaPhysicaTemperaturaeHumilis,1988

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