从微观视角探寻无限可能

“叠加”“纠缠”——这是微观量子世界里最有代表性的奇妙物理规则，使得某一物体在某一时刻“既生又死”，也能够实现两个不同个体之间无视空间距离阻隔的“无障碍实时交流”。其颠覆宏观世界常识的特性与难以琢磨的脾性，一百多年来困扰和吸引着无数学者，使他们着魔似地在一次次日常的失败和偶尔出现的成功中探寻无限可能，香港大学计算机系助理教授赵琦亦是其中之一。

以兴趣为帆，

在量子的世界航行

敢于挑战，热衷“解谜”，这是赵琦身上最突出的特质。基于这种特质，他从小就对数学有着超乎寻常的喜爱，尝试不同的解题思路、探寻简单数字背后的隐秘关系是他认为最有趣的“游戏”，他也一度认为自己始终会沿着数学研究的道路前行。

命运的转折发生在赵琦本科大三时期。彼时，他出于对密码学的好奇参加了马雄峰教授关于量子密码学的讲座。深入浅出而又充满趣味性的讲座一下子激起了赵琦的兴趣：“虽然当时完全不了解量子学，但是听了讲座之后，我觉得量子研究真是一件很酷的事情！这也是后来我为什么会来到清华大学交叉信息研究院，加入马雄峰老师课题组的原因。”

如果说这场讲座为赵琦打开了量子世界的大门，那么关于“做何种研究”的思考，则是他踏入微观世界的决定性因素。赵琦说：“经过3年的学习，我意识到自己并不想一直做仅仅在数学上看来很有趣的研究，而是更希望解决具体的问题。”

作为现代物理学两大的支柱之一，量子理论的出现催生了现代信息技术、核能、激光、半导体等科技的问世，计算机、互联网、手机等重大应用也由此诞生。可以说，量子理论深刻影响着人类文明的发展进程，探寻微观世界的规律即探寻改变世界的方法，正是赵琦所求的“具体的研究”。

加入导师马雄峰教授的课题组后，在新方向上的刻苦学习与大胆创新，为赵琦带来了惊喜的回报。2018年，他在导师的带领下，与中国科技大学潘建伟教授、张强教授团队及中国科学院上海微系统与信息技术研究所等合作，开发了第一个高安全性、无漏洞的器件无关量子随机数产生器，在国际上首次成功实现设备无关的量子随机数。这一成果为密码学和数值模拟等不同领域提供了真正可靠的随机性来源，同时为未来的设备无关的随机数拓展、随机数放大、量子密钥分发等诸多关键领域做了铺垫，对推进未来更快更安全的量子通信具有重要意义。

此后，被誉为“公立常春藤”的美国马里兰大学向赵琦递出橄榄枝。这是一张通向更广阔世界的邀请函，赵琦获得了该校哈特里博士后奖学金（Hartree Postdoctoral Fellowships）的资助并开始了新的科研探险。马里兰大学虽在外名声不显，在量子研究领域却实实在在位于世界一流梯队，来自世界各地的业内顶尖科研人员，如我国清华大学、北京大学、复旦大学、南京大学等量子领域许多知名研究者，都在这里学习或工作过。回顾这段时光，赵琦用“获益良多”“满载而归”来形容。思维的交流碰撞出了足够绚丽的火花。“目前为止，我最满意的成果就是在这一阶段产生雏形。”赵琦如是说。

用赵琦的话来说，在其早期的研究中，量子模拟与量子纠缠这两个方向堪称泾渭分明。“虽然量子纠缠在量子信息中是必不可少的，但其在量子计算算法中的作用却尚不明确。我一直希望可以在一些真正的‘任务’中看到这些‘纠缠’的用处，它们真正的意义在哪儿？这是我一直在思考的问题。”在马里兰大学的研究使他摸索出了一些头绪，正如夜空中的一道闪电，使隐藏于黑暗的道路显现出来。

回国后，赵琦加入香港大学，在校方提供的大力支持下，逐一验证自己的猜想。赵琦和合作者们提出随机初态、纠缠态和基于局域观测量的量子模拟算法分析，极大减少了量子模拟任务中的资源需求；建立一种基于纠缠熵的量子模算法误差分析，并开发了一种融合测量纠缠度的自适应模拟算法，用以估计算法误差，提升算法表现。他的研究，将量子模拟推向了更有物理基础和实际应用的新高度。“我们发现当存在纠缠时，量子模拟算法的性能会得到提升。这表明，纠缠不仅是经典模拟的难题，更是加速量子算法的关键，更大的纠缠将带来更显著的量子优势。我们终于真正将量子纠缠资源和算法联系起来了！”在未来的一段时间内，赵琦都将带领团队以此为切入点，重点探索推进量子模拟算法的实用性方法。

做有趣的研究，解决具体的问题。这条踏入量子世界时怀揣的理念，赵琦始终牢记着、践行着。

薪火相承，

培养面向未来的队伍

截至目前，赵琦在量子模拟、量子纠缠、量子计算、量子信息基础理论等方面的研究，凝结成40余篇论文，相关的一系列工作发表在《自然》《物理评论快报》等国际顶级期刊；成果也多次入选量子信息理论重要会议报告环节。在与量子的“纠缠”中，赵琦崭露出青年学者的锋芒与朝气。2024年，因在量子纠缠探测和量子模拟算法上的突出贡献，他入选《麻省科技评论》亚太区35岁以下科技创新35人，是该奖项创办以来亚太、中国地区唯一量子计算纯理论获奖者。

不知不觉间，曾经对量子学一窍不通的懵懂少年也成了新一代学子学习的榜样和引路人。目前，赵琦的课题组汇聚了6名博士生、4位博士后，团队整体年轻而干练，这些富有激情的年轻人来自清华大学姚班、北京大学、英国帝国理工等国内外知名学府，他们为团队的多元交叉科研氛围增添了不少色彩。赵琦对他们寄予厚望，也给予了足够的支持与尊重。

在这个年轻的课题组里，自由与严格并存。在研究方向和具体内容上，赵琦往往不对组内成员做过多的干预和限制，只要他们感兴趣、愿意尝试，他都会最大限度地支持；而在学术习惯的养成和学术态度方面，赵琦则严格要求、绝不松懈一丝一毫。他将这种作风归结于导师的影响：“在我的求学和博士后研究阶段，我的导师马雄峰、陆朝阳、安德鲁·查尔兹（Andrew Childs）也是这么指导我的。”在赵琦看来，马雄峰教授曾鼓励和指引初入量子世界还未找到方向的他，走出了迷茫和痛苦，让他逐渐褪去科研的青涩；陆朝阳教授则让他习到了学术品味，笃定了要做别人感兴趣的研究；在马里兰，安德鲁教授的严谨与一丝不苟，作为两个量子中心的主任却仍亲力亲为做研究、带学生，则让他清楚了科研人身上的责任与应有的态度。

如今赵琦也将他从老师身上学到的知识、品位、态度传授给他的学生。他相信，正如自身所经历的那样，兴趣即最好的老师、最强的动力。这些来自不同院校的优秀学生，一旦找到自己真正感兴趣的方向，自会结出累累硕果。

除了年轻，涵盖学科范围广也是这支团队的鲜明特色。目前，组内成员有来自物理系的，有来自数学系的，还有来自计算机系的……这与学科特性不无相关。量子科技是事关人类未来的关键核心技术领域，前程远大但绝非坦途，其发展与应用前景仍存在长期性和不确定性，多种技术路线并行发展是当前现状，将来哪条路线将“胜出”仍未可知。因此，要想抢占量子领域制高点，构筑新优势，迫切需要更多兼具智慧和勇气的年轻人加入进来，进行交叉与协同合作，取得前沿方向的突破。

培养面向未来的队伍，是一项长期而艰巨的任务，赵琦正在路上。科

专家简介

赵琦，香港大学计算机系助理教授。主要从事量子模拟、量子纠缠、量子计算、量子信息基础理论等方面的研究，共发表期刊论文44篇，相关的一系列工作发表在国际顶级期刊《自然》（Nature）、《物理评论快报》（PRL）、《物理评论X》（PRX）、《美国国家科学院院刊》（PNAS）;成果也多次入选量子信息理论重要会议报告环节，并担任量子信息与量子安全进展（AQIS）程序委员会委员（PC member）。主持或参与了国家自然科学基金-香港研究资助局联合计划、香港杰出青年学者计划、香港影响力基金、国家自然科学基金理论物理专款研究项目等。