在本期的“女科学家去哪儿了”，我们采访了实验物理学家、东南大学物理系教授薛鹏。不同于很多知识女性展现出来的优雅从容，薛鹏的坚韧、顽强、执着和坦诚让人印象深刻。在下决心从本来的理论研究转向实验研究的过程中，各种人、财、物的极度短缺曾让她步步艰难，辛酸备至。但最终，在短短一年半的时间里，她的课题组在量子信息和量子光学方面取得了不俗的成绩。
薛鹏，东南大学物理系教授、博导。1999年以优异成绩提前一年于中国科学技术大学物理系毕业，免试进入本校中科院量子信息重点实验室攻读博士学位，于2004年获得博士学位。后赴奥地利因斯布鲁克大学及加拿大卡尔加里大学任博士后，讲师等，2009年回国任教。从事量子信息和量子光学的实验及理论研究，致力于量子信息和量子光学的实用化和工程化。
努力用量子行走实现量子通信
赛先生：感谢接受我们的采访。请先介绍一下你的主要研究工作？到目前为止，你觉得自己最好的工作是哪一部分？
薛鹏：我主要从事量子信息和量子光学的研究工作。2013年之前，我都是从事量子信息和量子光学的理论研究，但物理是实验的学科，很多物理现象的发现和验证都离不开实验。作为理论物理学家，与实验物理学家合作时，会发现很多理论的想法由于实验条件所限无法实现，有的时候也会想如果自己做实验会不会就不再在这方面受制于人。而且在量子物理方面，实验得出的成果往往更能得到认可，也就可以带来更多的经费支持。综合考虑之后，我决定在实验方向试一试。
2013年下半年，我开始负责建设东南大学量子光学实验平台，正式转向实验物理方向，初步建成科研平台。目前，实验室已经置办下光纤飞秒激光器、半导体激光器、单光子探测器、八通路数字信号符合仪等实验仪器，对量子行走这一课题展开了开创性和系统性的实验研究。
2015年，我们率先观测到量子行走中光信息的传播扩散与恢复现象，并且在国际知名学术期刊Physical Review Letters上发表了相关的实验论文。量子行走在量子计算中有着广泛的应用，例如利用量子行走开发的针对无序数据库的搜寻算法等。那么，量子行走是否能够应用于量子通信呢？这主要取决于量子行走中是否存在信息的传播与恢复。我们观测发现，携带信息的量子行走者可以在任意的偶数演化时间后恢复至初始状态，在此之前依然遵从量子行走的扩散规律。这一理论的提出及实验的验证颠覆了人们以前对量子行走的认识，并为量子行走在量子信息中的应用提供了新的方向，为理解基于量子力学的动力学演化的基本现象提供了新的视角，同时也为研究量子扩散及对拓扑现象的量子模拟提供了新的思路。随后，课题组用线性光学体系首次在实验上实现了基于量子行走的正定算符测量，并且在Physical Review Letters上发表了相关的实验论文。通过依赖光子空间模式的量子行走演化，我们构建了正定算符测量的测量算符，成功地对非正交态进行了最优化的无差错态识别。这一理论的提出及实验的验证颠覆了人们以前对量子行走的应用的单一认识，为量子行走在量子计量学中的应用提供了新的方向，为理解基于量子力学的基本原理提供了新的工具——广义测量及钝化测量，同时也为研究量子信道和量子保密通信提供了新的思路。
2016年，课题组首次在实验中观测到非定域性和互文性这两种量子特性之间存在此消彼长的monogamy关系，从而为揭示量子纠缠是一种普适的资源提供了直接证据。这个实验刷新了人们对于量子纠缠的传统认识，首次提出量子纠缠作为一种更普适的量子资源，非定域性和互文性的验证都将耗费这种资源，证明了非定域性和互文性是同一实在性的两种不同表示这一全新的观点。论文发表于Physical Review Letters并被选为编辑推荐论文。
赛先生：你目前最感兴趣的研究课题是什么？最大的挑战和自己的优势是什么，哪方面最有可能取得突破？
薛鹏：我目前最感兴趣的研究课题是利用量子行走开发研制普适的量子信息处理平台。量子行走平台可以实现任意的两维或高维体系的幺正演化，从而实现量子态制备和传输、量子逻辑门操作、量子测量等一系列的量子信息处理任务。这是因为，量子行走中可控的自由度包括硬币和行走者，行走者可将硬币的态携带至合适的位置（对应时间域上合适的时间节点），而硬币旋转的过程即可实现对行走者的某些位置的硬币态的幺正演化。例如，我们要对三能级体系(qutrit)实现一个SU(3)的3×3的幺正演化，首先可以将SU(3)的矩阵分解成三个SU(2)的矩阵的点乘，每个SU(2)都是对三维体系中两个维度做单比特旋转操作。我们可以通过硬币旋转实现这个单比特操作，同时通过“行走”对三维体系的基矢作为重新排列，及可以选择对三个维度中的任意两个进行单比特旋转。对于量子行走平台，每个单比特旋转操作都可以由相应的硬币抛掷过程实现，而基矢的重新排列则可以用行走者在时域空间中的行走来实现。由此我们可以看出，量子行走可以作为普适的量子信息处理平台，实现任意两维或高维的态的幺正演化。
其中最大的挑战就是如何实现量子行走平台的小型化和集成化。目前我们已经有一些相关的进展。我们组的优势就是我对量子行走方面的深入研究和多年的积累。所谓“一招鲜吃遍天”，我希望有一天能在量子行走这一方向上做到无可取代，一提到量子行走这一课题，业内人士就能想到我和我的课题组。
近期内我希望我们能够在量子行走平台实现量子模拟这一方面取得更大突破。
赛先生：你觉得和经典相比，该怎么描述量子所展现出来的非凡性格？
薛鹏：量子与经典相比，最大的特点就是叠加性，同时相干地几率性地处在不同的量子状态上，没有测量之前不能确定到底是什么态，而测量之后则塌缩到可观测量的本征态之一。量子特性均来源于此。
赛先生：对量子世界的认识会影响你的世界观和宇宙观吗？
薛鹏：接触到量子世界是在我上大学的时候，而我的世界观和宇宙观在此之前很早就形成了，而且比较坚定，并没有因为对量子世界的认识而改变。量子信息学和量子光学是我的专业，我从事科学研究的对象，对我的“三观”并没有影响。
赛先生：尽管物理学是一个整体，你的研究也非常系统，但是物理学内部也有很多不同的倾向和美。对你来说，有哪些深刻的研究动机或科学的美是打动过您的？
薛鹏：我以前也讲过，我觉得薛定谔方程很美。每次解薛定谔方程的时候，我都感慨线性代数的美，薛定谔方程的美。
华丽背后是辛酸
赛先生：现在我们来说说你个人吧。女孩学物理的不算多，当初你是怎么决定要学物理的，又是从什么时候开始想成为一名物理学家的？
薛鹏：我从小就属于那种公认的聪明小孩，数理化文史哲基本上不偏科。我们那个年代上中学的时候很流行一句话：“学好数理化，走遍天下都不怕。”数学是基础，化学比较具象，我也感觉难度不大，为了证明自己聪明，我从初中二年级开始就决定把物理学好。一开始是出于虚荣，后来反而越学越有兴趣。1995年高考之后，我进入中国科学技术大学物理系学习，之后又提前一年毕业并获得免试研究生资格，师从郭光灿院士，从事量子光学和量子信息研究。博士毕业后，我先后在在奥地利因斯布鲁克大学和加拿大卡尔加里大学从事博士后研究工作。2009年，我作为引进人才回国加入东南大学，也就顺理成章地成为一名从事基础物理研究的科研工作者。
赛先生：可以说，2013年后你快速且成功地从理论转向了实验，你是怎么做到这一点的？
薛鹏：在实验方向取得重要成果后，很多人说我在短短一年半的时间内实现了从理论到实验的华丽转身。但这转身背后，却是步步艰难。主要的困难一共有三个方面。首先是实验用房，其次是人员，最后是经费。实验用房是最难解决的问题，狭小的空间还需要与人共用、滞后的建设使得实验举步维艰。除此之外，有限的生源和欠缺的经费也使这“华丽的转身”异常艰难。当初经费非常紧缺，连基础的实验仪器和材料都无法购齐。所幸后来系里支援了36万，作为购买第一批仪器的经费，这笔费用直接坚定了我做实验的决心。但是我的想法是：有钱就做有钱的事儿，没钱也可以做没钱的事儿，做实验不一定非要那么多经费。经费不足的时候，我们可以从巧思方面去突破。总有一个方向你可以找到，突破了之后就柳暗花明了。对人生做出改变，什么时候都不算晚。不要找客观理由，因为没有用。理由只能安慰自己，别人完全不关心。我们总是说过程才重要，结果不重要。其实过程只是对自己重要，我们在过程中学习、享受、受挫、坚持，所有的这一切对自己是宝贵的财富，而别人只看到结果而已。
这故事算不上有趣，对我来说其实反而是辛酸。每次出席会议作报告的时候，我都会用一页幻灯片来介绍我们实验室的基本情况，例如实验室要与人共用，只有2.4×1.2米的平台，全部家当包括装修超净室共花费60余万等等。现在随着科研越来越上轨道，希望情况也能逐渐好转，对此我还是很乐观的。
赛先生：在你的学习和职业生涯中，哪些科学家的方法、趣味对您产生过深刻的影响？
薛鹏：我是一个比较依赖于自己判断力的人，不太会受到书本上科学家的轶事或者壮举所激励或感动，所以对我产生深刻影响的人都是我身边认识的人，比如我的导师郭光灿院士。他的科学品味是我一直学习的目标，他为人处世的态度尤其是教育指导学生的方式都是我一直在模仿还未能达到的。正是他当初咬牙借钱做实验的决心如今激励了我，坚定了我从理论向实验转型的信心。
赛先生：你觉得自己性格中的哪种品质对你的科学研究最有帮助？
薛鹏：我性格中的坚韧、独立、对自己有清醒的认识，这些都对我从事的科学研究工作有一定帮助。最有帮助的还是我很勤奋，能吃苦，我觉得我即便不从事科研工作，我也会受益于这种品质。
赛先生：你平时的工作习惯是怎么样的，最重要的经验是什么？喜欢和别人通过交谈来讨论问题吗，交谈是否能让您从中得到灵感或启发？
薛鹏：我平时的工作习惯是一定要做完一件事再开始另外一件事。最重要的经验就是要勤奋，肯吃苦，坚定地相信别人能做到的自己一定也能做到，如果一时还没能做到，那只是下的功夫和花的时间积累没到而已。
我会跟别人讨论问题，通常会跟同行、合作者及学生讨论科研问题。但是我不习惯闲聊，我和别人讨论问题都是事先有非常明确的目的和方向性，就是直奔解决问题而去的。我也很羡慕有的人能够通过普通的交谈或者闲聊得到灵感或启发从而解决难题，但是这不太适用于我。大多数场合下，我话非常少。当然我跟亲人朋友还是会聊得很high的，但是工作和生活还是分得比较开。
赛先生：你觉得，进入物理学研究后，现实情况和当初的理想相符吗？工作给你带来的最大满足和失落是什么？
薛鹏：目前从事的工作恰好是我的兴趣所在，而我还能够利用我的兴趣养活自己，这是工作给我带来的最大满足；但是赚的辛苦钱与我的付出和所承担的压力并不成比例，这是工作给我带来的失落。除此之外，虽然科研工作做得还说得过去，经过长期积累，近年来也有一些高水平的论文，但是我年逾不惑却由于种种原因并没有入选任何人才项目，也没有title。而且科研工作缺乏基本的平台和支撑，基本上可以说是捉襟见肘，举步维艰，全靠我的意志品质在苦苦坚持，然而这不是长久之计。这是我目前最大的失落和苦恼。
薛鹏教授课题组实验室仪器设备
（图片来源：http://hpc.seu.edu.cn/xuepeng/facilities.html）
赛先生：对想要或刚刚进入物理学领域的学生，你有什么研究或实验上的经验或教训可供分享的吗？面对困难时，一般该如何渡过难关？
薛鹏：对于刚刚进入物理学领域的学生，我的建议是要遵从内心，要遵从兴趣。学物理并不是一个很好的谋生的手段，一定要有兴趣，能坚持，忍耐寂寞，承受挫折，安贫乐道，才能在物理相关的科研工作领域走下去。如果没有兴趣，当初只是高考没有考好，被调剂到物理或相关科系，也没有关系，学好基础知识，培养自己的科学素养，尽可能早地转专业转行业，广阔天地大有可为。
面对困难时，如何渡过难关，这个问题实在太笼统了。困难有很多种，每种都有不同的解决方式。总之就是要对自己有清醒的认识，面对困难可以选择绕过去另起一行，也可以选择坚持，想办法突破。但是，不管哪种解决方式都要求你有很好的执行力，不是光空想或者坐等，就能解决困难的。
女科学家因何难上加难
赛先生：你觉得女性从事科学研究是否比男性要付出更大代价，面临更多挑战？尤其对实验物理学家而言，实验室生活会占据大量时间，您怎么处理和看待科研和私人生活之间的冲突？有没有身边同事或者学生的遭遇或经验可以分享的？
薛鹏：这个问题我确实想好好表达一下我的观点。女性从事科学研究工作确实要比男性面临更多挑战。这并不在于科研占据了大量时间，这一点男性和女性是一样的，如何平衡工作和生活是每个人都平等地要面临的问题。
我认为女性从事科学研究工作之所以需要面临更多的挑战，首先是因为以前长期以男性为主导的社会固化了女性的社会角色。男性主导的社会更倾向于认为女性的社会角色是家庭主妇，或者从事一些护理、教育、社会工作、语言学、时尚行业等相关的工作。一旦女性试图承担除此之外的社会角色，也就是挑战固有的社会角色定位时，难免会受到来自极少数但依然存在的狭隘的男性沙文主义者的某些隐形的刁难。“你的存在就是对我的伤害。”比如，诺贝尔奖获得者Tim Hunt在一次国际会议上开的那个著名的不着调的玩笑。虽然事后无论男女都争相跳出来骂他，但是我觉得现实生活中他不是个例。女性科研工作者，作为学生时就有可能面临导师的倾向性招生选择，初入职场作为PI时又有可能在与他人合作时会被当成不必要的麻烦，渐入佳境取得一点成绩之后，还会有少数人会倾向于猜测除了天赋和努力之外，这背后是否有什么其他的因素。或者给你安上一个“灭绝师太”的“荣誉称号”，揣测你平时肯定不顾家庭等等。长此以往，女性科研工作者就会被边缘化。这种“另眼相待”其实是无言的、隐形的，将女性科研工作者的努力扼杀于无形。当然这不是普遍现象，相信大多数男同胞还是对我们照顾有加，对我们的成绩也是乐见其成的。而且随着社会风气的进一步开化，固有的社会角色认定进一步被打破，这种不公平不公正的现象会越来越少，距离真正意义上的男女平等指日可待。
除此之外，一些女性也常常固化自己的社会定位。一方面认为女性应该在家庭生活中付出更多，男性应该更多地集中精力在外打拼；另一方面自己却把事业停滞不前归咎于家庭、孩子占据了大量时间，导致无法继续正常地从事科研工作。对这种态度，我并不认同。我个人倒是觉得家庭生活对男女来说是平等的，只是每个人在不同阶段选择把时间投入在哪里有所区别。我认为每个人在人生不同阶段有不同的选择，把时间分配在不同的地方，都是有道理的，值得尊重的。成为好妻子、好妈妈并不阻碍我们同时成为优秀的科研工作者。如果阻碍的话，那我们也不妨选择一下，然后认定这个选择就不要再求全责备。其实也有一部分原因是社会认为女性很难兼顾做一位好妻子、好妈妈和一位优秀的科研工作者。实际上，我们可以做到，只是社会说我们做不到，有些人就此放弃了。总而言之，大多数时候，我们还是应该从自身找原因，而不是一味地找各种理由，因为如果科研工作做得确实不好，那么所有的理由都只是理由，而不是解决问题的办法。
（转自微信公众号赛先生 2016-08-26 采访&编辑雨遇、杨璐）
