2026年 03期
量子计算发展现状——2025年全国高等物理基础课程教育学术研讨会大会报告
郭光灿;在2025年全国高等物理基础课程教育学术研讨会上，中国科学技术大学郭光灿院士作了题为“量子计算发展现状”的大会报告。围绕量子计算的发展背景、算力优势、研制障碍、全球进展、阶段划分与未来方向展开系统阐述，明确量子计算是突破经典信息技术物理极限的核心颠覆性技术，同时梳理了当前技术瓶颈与国内外发展格局。报告首先指出，经典信息技术均基于经典物理，受摩尔定律约束存在算力物理极限，当芯片制程逼近微观尺度、摩尔定律失效后，经典算力将触及瓶颈，量子信息技术应运而生。量子计算机作为量子技术中最具颠覆性的方向，其算力随量子比特数增加呈2N指数级增长，可从根本上突破经典计算的性能上限。在量子算力超越经典算力的底层逻辑上，核心源于量子世界的不确定性与非局域性两大独特特性。经典物理遵循确定性与局域性，而量子世界中，量子客体物理量呈概率分布，纠缠粒子即便无相互作用、相距极远也能瞬时关联变化。量子信息的基本单元是量子比特，为量子态叠加态，N个量子比特可承载2N个经典数据，单次操作能同步作用于全部数据自由度，形成天然并行运算能力；量子纠缠则为量子算法提供支撑，让并行运算的算力优势转化为实际信息处理效率，这是量子计算算力远超经典计算的物理根源。报告指出，量子计算机研制存在两大核心障碍：一是量子态脆弱易消相干，宏观环境会快速破坏量子叠加与纠缠特性，使其退化为经典状态；二是量子操控精度不足，难以实现量子比特的精确制备与操控。理论上，容错量子纠错编码、量子避错、动力学容错等方案可解决上述问题。人工智能可在减少编码所需物理比特、优化操作方案、提升测量精度等方面赋能量子计算，成为推动技术突破的关键助力。全球量子计算发展历程与进展方面，1999年超导量子比特相干时间仅2ns,2012年延长至100μs，为实用化奠定基础；2016年国外推出全球首个可云端访问的5量子比特处理器，2019年推出首套商用量子计算机，同年宣称53量子比特处理器实现“量子优越性”，但该结论针对特定抽象数学问题，不具备普适实用价值，我国科研人员通过新算法缩小了其与超算的算力差距。然而，我国量子计算发展受国外技术制裁，关键部件如稀释制冷机曾被禁运，但已实现自主研发并商品化出口。国内的量子计算公司，2024年年初发布第三代超导量子计算机，集成72个量子比特(含辅助比特超100个)，国产化率约80%，开放云端访问后覆盖全球143个国家、注册用户约3000万，完成运算任务52万次+。在本次报告中，郭院士将量子计算发展划分为三个阶段：原型机研制阶段、量子优越性专用机阶段、量子计算与超级计算融合的量超融合阶段。目前全球已进入逻辑比特研发关键期，我国实现了500多个物理比特的相干操控。未来量子计算的核心应用集中于两大方向：一是破解经典计算机难以突破的密码体系；二是赋能人工智能，解决当前AI算力瓶颈与高能耗问题，推动经典AI向量子AI演进，量子计算与人工智能的深度融合，将成为引领新一轮科技革命与产业变革的核心动力。
从爱因斯坦到引力量子场论：引力规范理论百年历程与范式转换
高远坤;吴岳良;引力与规范原理的融合，自广义相对论诞生以来，一直是理论物理百年探索的核心主线。本文以从“几何范式”到“物质范式”的视角转换为纲领，系统梳理了这一融合进程的两大阶段。第一阶段以规范原理为起点，经由Utiyama的局域洛伦兹规范理论、Sciama的自旋-挠率耦合、Kibble的庞加莱规范引力，直至Hehl等建立的黎曼-嘉当时空几何与规范场论框架，深刻揭示了规范原理与时空引力的内在联系。然而，该阶段始终沿循“从时空几何出发”的传统范式。第二阶段以本文作者之一提出的引力量子场论为标志，实现了根本性的范式转换：将基本粒子自旋所对应的规范对称性SP(1,3)确立为物质基本组元独立且第一性的内禀对称性。由此涌现出双标架时空、非对易的纤维丛式引力规范时空等全新结构，使引力动力学从量子场论基本原理中自然导出，突破了传统弯曲时空几何的框架限制。本文系统阐述了两大阶段的历史脉络、核心物理思想、关键数学结构及场方程特征，对比分析了其本质差异与内在联系，并阐明了在引力量子场论框架下构建广义标准模型、实现四种基本相互作用统一描述的理论自洽性。
在AI时代塑造更好的自己——从粒子全同性到人类个体差异的教育哲学思考
张双南;选修“科学方法与美学”全体同学;元宝;物理世界的基本假设之一是粒子的全同性，这一假设保证了物理规律的简洁性与可预测性。然而，人类社会的本质特征恰恰在于个体的差异性。本文从量子力学中的全同性原理出发，对比自然界的统一性与人类的独特性，批判工业时代标准化教育模式的局限性，探讨人工智能时代教育应如何转型。研究认为，AI时代教育的核心目标应从培养“更好的机器”转向塑造“更好的人”，强调独立思考、批判精神以及科学素养与人文情怀的融合。基于“审美两要素”理论，最精彩最美的人生是具有健康的价值观并且表现出独一无二、无可替代特质的人生。
安东尼·莱格特的物理和风格
施郁;安东尼·莱格特爵士是低温理论物理和量子力学基础领域的领袖，也是严谨而善良的英国绅士。作者曾作为莱格特的访问学者在他身边工作一年，目睹莱格特获得2003年诺贝尔物理学奖。本文追溯与莱格特教授的学术渊源和交往，系统全面介绍了莱格特的物理和风格。
适应工程教育变革 建设未来物理课程
施大宁;本文立足高等教育普及化、人工智能第三次浪潮与工程教育第四次范式变革三大背景，探讨工科院校普通物理课程的未来建设思路，以支撑智慧教育“四个未来”任务。高等教育普及化要求课程建设实现三大转型：从知识传授转向能力培养、从标准化教学转向自主学习、从课堂主导转向产教融合。在此背景下，人工智能推动教育进入碳基生命与硅基智慧深度融合的人机协同时代，促使未来物理课程教学目标由知识中心转向能力与思维中心，教学模式升级为“师生机”三元一体。同时，工程教育第四次范式变革以新工科为核心，突出创新驱动与交叉融合。未来工科物理课程建设，核心是以项目化教学替代传统授课，深度融入AI实现人机协同，打造线上线下融合的无边界课堂；最终以学生为中心，用实践与创新培养其应对未来的工程能力。
INTERFERENCE OF ELECTROMAGNETIC WAVES IN THE BACKGROUND OF THE GRAVITATIONAL WAVES
WANG Wenyu;XU Yang;Based on the relationship between proper distance and coordinate distance,the geometrical phenomenon caused by the passing gravitational waves can not be observed locally.The electromagnetic wave equations in the background gravitational waves are studied.We find that the expansion and contraction of wave lengths are always synchronous with the objects it measures.The background of the gravitational waves leads to dissipation and dispersion in the propagation of electromagnetic wave.The phase of the gravitational waves control the dissipation term and dispersion term in the telegrapher's equation.The linearly polarized laser beam propagating in the direction of the incoming gravitational waves can give a possible measurement on the local metric.In case of the pulsed beats passing by,the relaxation time is greater than the period of the gravitational waves,thus the detector may only show a signal of the modulation of the beats.Finally we proposed a non-local interference experiment to detect the high-frequency gravitational waves.It is similar to the measurement of redshift caused by gravitation.Together with the ordinary detector,it will give us further and mutually measurements of the gravitational waves.
LHCb上底介子谱学的实验研究现状与展望
郑凯琦;何吉波;许智豪;底介子谱学的研究是高能物理中重要的研究课题之一。由于重夸克质量和寿命上的特殊，重味系统中往往会出现特殊的现象。底介子作为开放味强子，呈现出丰富的谱学结构。研究底介子谱学，为深入理解强相互作用的束缚本质提供关键信息。LHCb作为大型强子对撞机（LHC）上唯一针对重味物理而优化的实验，致力于通过研究重味强子的稀有衰变和CP破坏来间接寻找超出粒子物理标准模型的新物理，同时也是研究底强子谱学的优秀平台。在过去十几年里，LHCb实验开展了多项底介子谱学研究，报道了多个底介子激发态的首次发现，并将已知底介子性质的测量精度提升至新水平。伴随着LHCb第一次大型升级的结束和运行三期结束临近，本文综合性的总结介绍了LHCb实验多年来在底介子谱学方面的进展，并进一步展望了未来LHCb的技术升级将为底介子谱学研究带来的前景。
微波阻抗变换器教学交互式系统开发及验证
谭兆祥;岳玲娜;龚梓杰;尹鹏程;魏彦玉;顾晨;赖凌峰;针对“微波工程”多节阻抗变换器教学中理论抽象、传统近似设计精度不足及缺乏直观教学工具的问题，本文开发了基于Python的综合设计与教学交互式系统。系统采用非线性方程数值求解及差分进化-序列最小二乘规划混合优化算法，精准实现二项式与切比雪夫阻抗变换器设计，突破大阻抗比误差局限；集成图形界面，支持“已知节数”“已知带宽”双模式，实时输出阻抗序列、反射系数频响等关键参数。系统兼具工程精度与教学直观性，有效弥合理论与实践鸿沟，为微波阻抗变换教学演示与工程设计提供可靠支撑。
热力学基本公式的一种简捷记忆法
王怀玉;本文介绍了能够写出的几乎所有热力学基本公式的一种简便实用的方法。首先把内能U、自由能F、焓H和吉布斯函数G这四个特性函数和体积V、压强P、温度T和熵S这四个基本热力学量按照一定的顺序写出来。然后指定一些规则。按照这些规则，可以明确每个特性函数的内禀自变量，写出特性函数之间的关系式，写出特性函数对于内禀自变量的偏导数，写出热力学变量之间的偏导数关系即麦克斯韦关系式。最后，把压强和体积扩展到其他强度量和广延量。这些记忆规则，实际上也是对于热力学基本公式的规律和特点的总结。
高校理科教师应如何“传道”？——来自于杨振宁先生的启示
徐公杰;蔡斌;张玲;基于著名物理学家杨振宁先生的文章，针对高校理科教师的三大任务，即传道、授业、解惑中的首要任务——传道进行论述。首先厘清了理科背景中“道”的内涵，然后说明了在教学过程中应该如何传道，最后阐明发现（或创造）道的准则—眼光、坚持与力量。杨振宁先生文章中的以上启示能够为高校理科教师的教学工作带来有益促进。