超算、AI、量子科學將因他改變！

6月24日，2023年度國家最高科學技術獎在京揭曉，李德仁院士、薛其坤院士獲得中國科技界崇高榮譽。作為凝聚態物理領域著名科學家，薛其坤是國家最高科學技術獎自2000年首屆評選頒獎以來最年輕的獲獎者。他率領團隊在世界上首次實驗觀測到量子反常霍爾效應，并在國際高溫超導領域開啟了全新的研究方向。

記者：薛老師，這次您得的是國家最高科學技術獎，幾乎所有人都會問您這個問題，您的這個科研成果有什么用？

薛其坤：我這個成果應該是科學上的一個成就，對國家建設成一個科學強國作了點貢獻，另外一點我想說的，總書記講了，基礎研究是科學體系的源頭，所有技術的總機關。

與以往國家最高科學技術獎多偏向于應用不同，薛其坤的研究成果屬于基礎研究。而基礎研究領域的突破，往往是技術革命的前哨和關鍵。薛其坤帶領團隊在實驗室中的突破，為發展低能耗電子器件帶來更多希望。

記者：您剛才說的叫低能耗的應用，未來有可能用到什么地方？

薛其坤：我們的芯片，打一會兒電話，或者用一會兒總是發熱的，我們的超級計算機總是要用空調把它冷下來，否則它就會燒壞，所有的電子器件都因為電阻的存在，出現發熱現象。我們這個就可以提供一個消耗電很少的情況下，仍然可以運作的這么一種原理。

電子器件發熱的現象，不僅損害器件的使用壽命，也意味著能耗的增加。今天的信息產業、人工智能產業，依賴于超級計算中心對大數據的處理，而能耗和溫度正是超級計算中心需要解決的重要問題，傳統的地面數據中心使用重型的空調系統來冷卻設備，一項調查研究顯示，冷卻系統消耗的能量可達數據中心總能耗的40%。后來建造的數據中心，一般都選擇在深山或者離水較近的地方，利用外部空氣和水的蒸發來冷卻服務器。

記者：是不是就意味著以后的超算中心，就可以不見得非要選擇離水近的地方，或者說對能源條件要求非常苛刻的地方了？

薛其坤：是的。基本上就可以不考慮空調問題了，我印象中世界上最快的超級計算機每天消耗二十萬度電，我估計到時候我們只用到三分之一的電就可以維持這樣一個超級計算機的發展，如果我們這個原理用上的話。我們這種東西的應用就可以大大地減少能耗，可以支撐將來的AI的長期發展，可持續發展。

薛其坤：大家都知道量子計算機現在是全世界爭奪的一個戰略要地，我們國家在發展，全世界都在發展量子計算。但是量子計算機芯片的出錯率是非常高的，是制約量子計算機發展的關鍵因素之一。如果按照我們理論上的預測，量子反常霍爾效應可以為發展可糾錯的、可容錯的拓撲量子計算機奠定科學基礎，所以一旦把這個用在拓撲量子計算上，可以解決目前超導量子計算機不能解決的糾錯問題。

實驗室是實驗物理學家的主戰場，薛其坤是一位實驗物理學家，他和團隊對量子反常霍爾效應和高溫超導材料的發力起始于2009年。

記者：您是怎么關注到這個課題的？

薛其坤：科學發展每到出現一個新的領域的時候，作為這個領域的科學家，要有非常敏銳的學術眼光。

在凝聚態物理研究中，量子霍爾效應的研究一直被科學家們高度關注，此前在這方面的研究已經三次獲得諾貝爾物理學獎。量子霍爾效應為什么如此重要？從簡單實用的角度來說，它為制備低能耗的高速電子器件提供了理論基礎，但實現難度很大，因為需要外加龐大的磁場，費用昂貴。而量子反常霍爾效應不依賴強磁場就可以實現量子霍爾態，更容易應用到人們日常所需的電子器件中。但從量子反常霍爾效應被發現的一百多年來，通過什么方法實現這一效應，使其現身并實現實驗觀測難度極大，一直是世界上無數科學家奮力追尋而不得的科學目標。

2008年，華裔物理學家張首晟提出了在磁性拓撲絕緣體中實驗量子反常霍爾效應的方向，引發各國科學家競相投入實驗。它需要首先完成對拓撲絕緣體的制備，然后通過拓撲絕緣體材料，觀察量子反常霍爾效應。在將近四年的時間里，薛其坤和團隊對不同材料嘗試配比，試圖找到讓量子反常霍爾效應顯現的拓撲絕緣體。

記者：就是在研究拓撲絕緣體的過程中，什么時候最難，遇到的關最難過？

薛其坤：就是做不下去了，你不知道采取什么新的實驗方案。

記者：那您最煩的時候，覺得很黑暗，真的像茫茫大海，暗暗長夜？

薛其坤：基礎研究不確定性很大，但是我們還沒到暗無天日的時候，就是這一個實驗不順利，我們找不到怎么做下一步的實驗，我們實在不行就放棄這個領域，可以轉到新的方向。

薛其坤被學生稱為711先生，這是因為他常年保持著早晨7點開始，工作到晚上11點結束的生活節律。他出生在山東省臨沂市蒙陰縣，成長過程中經歷過貧困。1980年，他參加高考，物理滿分100分，他考了99分，進入山東大學光學系激光專業。但他在兩次研究生考試中，一次數學考了39分；另一次物理考了39分，直到第三次考試，才如愿成為中國科學院物理研究所凝聚態物理專業研究生。

薛其坤：我在準備研究生考試的時候，第一次是對這個課，覺得自己不需要復習就行，疏忽了，第二次復習著重點又沒有到位，這兩次低分說明什么呢，就是說明你做一件事情的時候還是要認真，要認真去準備。

記者：后來為什么，人家用四年就讀完了博士，您用七年讀完？

薛其坤：因為我后來選的做實驗物理學，我是1988年進入實驗室，那個時候即使在中國科學院物理研究所，在科研條件方面，應該是我們國家做基礎物理方面最強的了，但是仍然和國外的先進的儀器相比還是差別比較大的， 所以花了五年的時間，也沒有取得非常像樣的結果。所以當時在這個方向上，日本這個實驗室肯定是全世界最強的實驗室之一，通過導師留學時的朋友這個關系，把我作為中日聯合培養的博士生，送到了日本東北大學。

在日本學習期間，薛其坤一周工作6天，早上7點來實驗室，晚上11點之后才離開實驗室。每天就三件事，吃飯、睡覺、搞科研，有的時候困得坐在馬桶上都能睡著。

薛其坤：在日本看到生活水平差別巨大，連喝的、吃的，交通都非常方便。隨著自己留學時間的增長，你畢竟是一個中國人，你在國際舞臺上看到這種差別的時候，你作為一個中國人，你總覺得什么時候我們國家也能達到這個水平，所以經過七八年留學的經歷以后，我有兩點巨大的收獲：

第一點就是展寬了自己的學術視野，是把自己做研究的，做基礎研究的視野和思考的角度放到了世界這個范圍之內。 第二點，就是一種強烈的感覺，為什么不能幫著國家做一點，也能像人家這樣有非常好的條件做科學研究，有非常富裕的經濟條件過上美好的生活，這是我覺得當時八年留學以后一個非常大的愿望。

憑借扎實功底和超常付出，薛其坤在日本留學期間就取得了他所在大學實驗室三十年來最大的科研成果。1998年，在材料科學領域已頗有名氣的薛其坤回國。2005年，薛其坤調入清華大學物理系。

薛其坤：我回國以后也要大展身手，也能用咱們的實驗室培養出世界上最優秀的人才，因為我們的成果，我們的人才水平必須在國際舞臺上才能算，你做基礎研究，你不可能自己說我做出一個好東西，自己國內找幾個人說說就是好，因為我們真正在世界這個眼光范圍內，這個成果好不好要全世界人檢驗，所以當時就有這股勁，在那里認真學習，用“711”這種，幾乎是非人的這種工作時間掌握了最先進的技術，結果最后回國以后確實也發揮了作用。憋著這股氣，就希望能減少差別，這種親身的經歷如果沒有的話，你可能也沒有這種理想。

2009年起，薛其坤帶領科研團隊，向拓撲絕緣體和高溫超導的研究方向進發。

記者：選材的過程對您來說難在哪？

薛其坤：按照我們科學原理的話，它需要制備出一個具有磁性的，還有拓撲性質的，還能要絕緣的這么一個材料來。這三個性質，往往互相矛盾，兩兩矛盾挺難了，三個還互相矛盾的時候，往往在做很多的選擇，做實驗方案上就非常為難。

2012年底，經過四年如一日的努力，薛其坤帶領團隊在世界上首次實驗觀測到量子反常霍爾效應。

記者：曾經走到您前面的那些國際同行，看您這么做，他們怎么講？

薛其坤：他們還是對你的實驗數據的真實性會提很多問題，盡管你不能說他是完全否定、懷疑你，他還是中間有一點這種疑惑，直到一年半以后，美國和日本的兩個實驗室重復出來才煙消云散。

2016年薛其坤獲得被稱為中國諾貝爾獎的“未來科學大獎”， 2019年獲得國家自然科學一等獎， 2020年獲得世界低溫物理最高獎的菲列茲倫敦獎，成為首位獲得這一榮譽的中國科學家。 2023年，美國物理學會宣布薛其坤獲得巴克利獎。巴克利獎被公認為是國際凝聚態物理領域的最高獎。這也是該獎自1953年授獎以來首次頒發給中國國籍物理學家。

記者：為什么您能夠設計出這個實驗呢？

薛其坤：基礎研究需要深厚的積累，需要長期的努力，除了你本身的才華以外，99%的努力是必須的。所以我有一個，可能是大家對我的評價，就是追求極致的典型。比如說我告訴我的學生，你做這個實驗的時候，只要你做完這個實驗，基本上別人就覺得沒有油水可撈了，你做就把它做到極致。

2013年，薛其坤擔任清華大學副校長；2020年，薛其坤出任南方科技大學校長。今年，薛其坤已經61歲了，但他依然保持著“711”的生活節奏，依然雄心勃勃。

記者：我們老說國外的確是物理基礎學科發展的時間早，另外成就也比我們更大一些，但是我們如果不停，加倍辛苦去追趕，總會有追上的那一天，所以您這么不計日夜地工作。

薛其坤：是的，人家也是經過了多少年的積累，我們要想盡快減少這種差距的話，肯定要多付出一些，想彌補這個區別是每個人的責任，減少這種差別追趕上去是我們整個國家的事，但是這需要每一個人的努力，起碼我把我自己能做的要做到最好。

記者：事實上您的實驗室就證明了，自己的力量也是很大的。

薛其坤：對，超出了我的想象，你可能知道，我培養的，跟著我拿到博士后的有120多人，我感到驕傲的是我的很多學生都做得非常好，都留到了學術界。我還是非常喜歡我的工作，不管是帶學生做科學研究，還是管理好一個大學，只要身體允許，我還是希望我更多的時間放在自己喜歡的工作上面。所以我經常有時候自嘲，生命不息，奮斗不止，我很享受。