用数学解决物理 成大物理教授为开放性量子系统理论辟新径

成大物理系陈岳男(左)、陈宏斌(右)为开放性量子系统理论辟新径。(成功大学提供，曹婷婷台南传真)

透过量子过程断层扫瞄可解析出消相位过程。(成功大学提供，曹婷婷台南传真)

「量子电脑」具备强大平行运算能力，全球学界、业界竞相投入研发，成大物理系教授陈岳男与工科系助理教授陈宏斌发展「消相位动态过程的量子性检测与验证法」，为开放性量子系统理论辟出新径，将有助于台湾掌握建立量子电脑，与发展量子系统关联性的检测技术，研究成果8月登上国际顶尖期刊Nature Communications（自然通讯）。

「以高深数学解决物理问题，不是用物理来研究物理问题，这个厉害，青出于蓝！」陈岳男教授肯定陈宏斌的努力，他说，「消相位过程」对量子系统影响极大，陈宏斌提出「哈密顿量系综集合模拟法」及进一步将理论改写，推广到更大应用范围，研究成果将有助于台湾掌握建立量子电脑，与发展量子系统关联性的检测技术，意义重大。

陈宏斌一路在成大物理系攻读到博士，研究所起跟随陈岳男教授， 2019年8月获聘为成大工科系助理教授。陈岳男称许陈宏斌的表现，「默默累积实力，初期不见锋芒，但一路走来如倒吃甘蔗，展现出强大爆发力与一流研究成果」。让他最佩服的是，陈宏斌以高深数学解决物理问题，不是用物理来研究物理问题，「这个厉害，青出于蓝。」

陈宏斌透露自己研究所期间并不出色，一度考虑是否该离开学术研究圈，但因喜欢做研究，加上陈岳男老师以开放方式指导学生，放手让学生做研究，当初提出以数学方式来研究量子系统理论，非以物理方法来研究，老师也很尊重，「若非老师给学生很大的空间，一些创新想法可能会被压抑，现在自己大概还是研究做得很普通的博后吧。」

陈岳男、陈宏斌与日本理化学研究所（RIKEN）、韩国高等技术学院（KAIST）、交大的学者们近年组成研究团队，共同研究量子系统的消相位过程与乱序（disordered）环境影响下的关系。「消相位动态过程的量子性检测与验证法」论文，陈岳男是通讯作者，陈宏斌是第一作者。

量子电脑运算速度极快，传统电脑要花数10年才能解决的问题，量子电脑可能1天就能达成。不过，目前世界上都还在找寻量子电脑的关键应用，一般推测，也许可以在机器学习分析、材料开发、加密演算等发挥优势。随着量子科技的发展，量子力学的概念也逐渐被认识，甚至走入电影情节。

在真实物理实验，一个量子系统无可避免会与其周遭环境交互作用，但这并不易借由测量、操作与验证得知。可是与环境交互作用又是量子系统发生消相位过程的主因。陈宏斌提出以哈密顿量系综集合（Hamiltonian-ensemble）法，模拟消相位过程。研究证实，可以用此一模拟法侦测出来的量子系统，一定是具有量子特性，此一研究成果在2018年1月刊登于Physical Revies Letters（物理评论通讯）。

陈宏斌希望「哈密顿量系综集合模拟法」不仅能用在量子电脑，还能应用到其他类型量子系统，于是将理论做了一个形式上改写，将一般用时间来描述与探讨消相位过程，转换到频率空间去描述探讨，创新改写也为开放性量子系统理论开辟出新的研究路径，论文更进一步登上Nature Communications（自然通讯）。

陈宏斌说，会做量子电脑研究来自国际学术交流机缘，2016年偶然发现自己做的研究与日本理化学研究所做研究，主题不同，却有共同物理现象，惊讶之余，双方开始合作试着解答「为什么」，做着做着就走入量子系统领域。研究过程多次遇到很难用物理处理的复杂问题，由于自己喜欢数学，大学时又辅修数学，灵光一闪试着用抽象的数学来研究，一步步走出困境，做出满意的结果。