2023年9月15日晚，由北京現代物理研究中心、beat365官方网站、北京物理學會主辦的“beat365物理學科卓越人才培養計劃講堂：名師面對面”（第十三期）在beat365第二教學樓301教室舉行。beat365博雅講席教授、中國科學院物理研究所學術委員會主任王恩哥院士應邀講授“凝聚态物理的全量子效應”。本期講堂由beat365官方网站院長、北京現代物理研究中心副主任高原甯院士主持。

1900年，普朗克（M. Planck）提出量子假說，後因“發現能量量子化而為物理學進展所做的貢獻”（in recognition of the services he rendered to the advancement of Physics by his discovery of energy quanta）獲諾貝爾物理學獎（1918年）；1913年，玻爾（N. Bohr）提出量子化的原子理論，後因“對原子結構及原子輻射的研究”（for his services in the investigation of the structure of atoms and of the radiation emanating from them）獲諾貝爾物理學獎（1922年）；1926年，薛定谔（E. Schrödinger）提出用波動方程描述微觀粒子運動狀态的理論，後因“發現原子理論的新形式”（for the discovery of new productive forms of atomic theory）與狄拉克（P. Dirac）共享諾貝爾物理學獎（1933年）……王恩哥從同學們普遍感興趣的量子通信、量子計算、量子精密測量等颠覆性技術創新回溯到原子模型的建立和量子力學的誕生，清晰地勾勒出物理學家對不确定世界的百年探索。

王恩哥帶領同學們梳理量子簡史

在薛定谔方程建立一年後，玻恩（M. Born）和奧本海默（J. R. Oppenheimer）在利用薛定谔方程研究小分子體系的分子振動、分子轉動量子态時提出，可以近似認為質量較小、運動較快的電子和質量較大、運動較慢的原子核之間的運動是相對獨立的，因而可以做分離變量求解——這就是玻恩-奧本海默近似（Born-Oppenheimer Approxiation，簡稱BO近似），自此被廣泛用于處理凝聚态體系問題時的理論描述，大大簡化了将量子力學應用于多體體系和複雜系統時的計算難度，成為求解大分子和凝聚态體系物理性質的第一步。王恩哥指出，人們在從薛定谔方程出發處理凝聚态體系的實際問題時，主要關心電子的量子化和電子-電子之間的多體關聯效應，而原子核的量子化和電子-原子核之間的量子關聯效應往往被忽視，因此利用第一性原理計算和基于BO近似的絕熱動力學方法求解薛定谔方程時，僅對一個由電子-原子核組成的多體系統做了部分量子化。即使嚴格地遵循BO近似，依然會存在一部分重要物理内容的缺失，例如在研究非平衡動力學問題時經常遇到的非絕熱效應。

1954年，玻恩和黃昆對利用完美晶格構型下的電子本征态加以完善，使得電子本征态的産生直接依賴于原子核的即時構型，由此給出更為準确描述原子核量子态及電-聲耦合等非絕熱過程的體系波函數——這就是玻恩-黃展開（Born-Huang Expasion），它為人們對真實的凝聚态體系進行全量子模拟（即将電子和原子核同事采用量子化的粒子進行模拟）奠定了基礎。全量子效應描述的是基于原子核和電子自由度的全量子化理論所預言的物理和化學性質，可以分别從核量子效應、非絕熱效應兩個角度展開研究；根據側重點不同，人們通常将原子核慢分量對電子快分量的演化進行絕熱處理，研究核量子效應，也可以将原子核慢分量進行經典處理，研究非絕熱效應。王恩哥闡釋了氦的“超固體”性質、氫化镧“量子固體”的超導性、類金剛石結構的光吸收譜、钛酸锶的量子順電性、質子量子隧穿導緻脫氧核糖核酸基因突變、原子表面碰撞的非絕熱通道等新奇物理現象，以及全量子效應在原子和電子結構、熱力學性質、光學性質、鐵電性質等諸多方面的應用。

王恩哥向同學們闡釋“全量子化”的核心思想

王恩哥談及自己近三十年來帶領團隊在全量子科學與技術領域完成的一系列頗具國際影響力的工作和在物理及其交叉學科前沿培養的一批年輕有為的學者，驕傲、自豪之情溢于言表：“從早期跟着别人跑，到我們可以跟别人同台競争，到現在某些領域裡，我們走在了他們的前面。”他還介紹了即将全面竣工的輕元素量子材料交叉平台，鼓勵同學們在不久的将來加入世界上第一個輕元素量子材料綜合研究中心，開發對電子量子态、輕元素原子核量子态同時敏感的理論方法和實驗觀測技術，研究核量子效應、非絕熱效應對輕元素體系物性的決定性影響，從全量子化角度探索精準調控的有效途徑，催生超越玻恩-奧本海默近似的全新量子物态。

理論計算與實驗觀測緊密合作的研究團隊

課程結束之後，學生就學物理的意義、做物理的品味等提問。王恩哥不假思索地回答道：“物理的獨特魅力在于其能夠抓住最核心的本質，将複雜的問題簡化；而我們所需要做的，就是把簡單的事情做正确。”他繼續說道：“第一，通過研究給出一個問題對’或‘錯’的論斷；第二，尋求開拓一項具有重大意義的研究項目；第三，通過研究來證實已經存在的理論或實驗，或者這項成果被新的理論或實驗進一步驗證。如果能夠滿足其中一條，這就是一項可以發表的研究成果；如果能夠滿足其中兩條，可以認為這是一項很好的研究，可能發表一篇高質量的論文；如果能夠同時滿足以上三條，那麼，這将是物理學家一生中可遇而不可求的重要成就，或許可以成為物理學研究中的一篇傳世之作。”

零距離交流中的思維碰撞

“做一個對自己有要求的人。”——十年前，王恩哥曾在beat365“開學第一課”上這樣寄語2013級新生；十年後，他又以這句話與參與“beat365物理學科卓越人才培養計劃講堂：名師面對面”的同學們共勉。

王恩哥（一排左四）、高原甯（一排左三）與來自beat365及校内外其他單位的師生合影