物理学院李福利教授为“中学生英才计划”学生做科普讲座

近日，西安交大物理学院在仲英楼B712会议室举行了2026年度“中学生英才计划”科普讲座活动。李福利教授为来自西安交通大学附属中学、陕西师范大学附属中学、西安中学的英才计划学生，以及线上参加活动的新疆喀什地区深塔中学的近30位师生做了题为“未来已来，你准备好了吗？——从2025年诺贝尔物理学奖谈起”的科普报告。

科普图书阅读能够增强中学生对物理学习的兴趣，也是英才计划的培养环节之一。科普报告开始前，李福利教授为英才计划同学赠送了量子物理相关科普图书“上帝掷骰子吗”，并殷切嘱咐同学们认真阅读，了解量子力学的建立过程，体会量子力学的奥秘。

李福利教授从‌2025年诺贝尔物理学奖授予约翰·克拉克‌、‌米歇尔·德沃雷‌和‌约翰·马丁尼斯‌三位科学家，以表彰他们在宏观电路中实现量子力学效应的突破性发现谈起，深入浅出为同学们介绍了量子力学的基础、宏观量子现象如何观测、量子计算机的原理及发展趋势、原子级操控技术与未来应用等。

首先，李福利教授从经典物理的局限性出发，逐步引出量子力学的核心概念，重点阐述了能量分立性的物理意义。对于简谐振子，虽然能量是量子化的，但由于普朗克常数极小，在常温下能量间隔远小于热运动能量，因此在宏观世界中难以观察到量子效应。为了观察到宏观量子效应，需要将温度降低到接近绝对零度附近。

    接下来，李福利教授对比了经典计算与量子计算的底层逻辑差异，并通过具体案例展示了量子计算的指数级加速能力。不同于经典比特只能处于0或1的状态，量子比特（Qubit）可以处于0和1的叠加态，即同时包含两种状态的信息。利用量子叠加态，N个量子比特可以同时表示2的N次方种状态，这使得量子计算机在处理特定问题时具有巨大的并行计算潜力。例如，谷歌的实验表明，其量子芯片在3分钟内完成的计算任务，当时最快的超级计算机（Summit）需要约1万年才能完成。

最后，李福利教授探讨了如何利用激光等技术实现对单个原子的精准操控，展示了在实验室中实现的15x15x25的三维原子阵列排布，以及80万个原子在二维平面的排布，证明了人类对微观粒子的操控能力已达到前所未有的水平。此外，李福利教授为同学们介绍了“原子乐高”的构想，即像搭积木一样，通过逐个操控原子来构建分子和材料，实现从“烧制”到“组装”的制造范式变革。

互动环节，李福利教授建议学生们多思考，多开展实验探索。如在家中在燃气灶上燃烧食盐，观察Na原子受热的发光现象，证实原子发光存在特征波长。

“中学生英才计划”全称为“中学生科技创新后备人才培养计划”，是中国科协联合教育部共同组织实施的优秀中学生培养项目。西安交大物理学院连续13年承担“中学生英才计划”培养任务，已经培养360余名品学兼优、具有创新精神的优秀中学生，在人才培养工作上做出了积极贡献。