今天（12月13日），第五届“复旦—中植科学奖”颁奖典礼暨2020复旦科技创新论坛在上海举行。来自世界各地的200余位顶尖科学家和青年创新人才线上线下齐聚一堂，共襄盛会，论道科技前沿与创新趋势。

    英国皇家学会会员、英国布里斯托大学教授迈克尔·贝里（Sir Michael V. Berry），美国国家科学院院士、美国宾夕法尼亚大学教授查尔斯·凯恩（Charles L. Kane），中国科学院院士薛其坤获2020年“复旦—中植科学奖”。

    迈克尔·贝里提出的贝里相位，是量子力学基础研究的重大突破，促进了对拓扑物态的研究。

    查尔斯·凯恩提出了拓扑绝缘体的关键理论，促使拓扑绝缘体研究领域的诞生，并推动了该领域的蓬勃发展。

    薛其坤及其领衔团队首次在实验中发现量子反常霍尔效应，这一研究成果将推动新一代低能耗晶体管和电子学器件的发展，甚至可能加速推进信息技术革命的进程。

    论道全球科技前沿，把握世界创新趋势

    上午，2020复旦科技创新论坛主论坛开幕。复旦大学校长、中国科学院院士许宁生，“复旦—中植科学奖”捐赠方代表、中植企业集团首席合规官刘辅华在开幕式上致辞。

    许宁生在致辞中代表复旦大学对参加论坛的各位嘉宾表示热烈欢迎，对中植企业集团、“复旦—中植科学奖”评审委员以及参与筹备本届论坛的同事们表示由衷感谢。他指出，人类发展历史上的每一次重大变革都离不开科技创新，在多元化发展成为必然趋势的今天，全球科技合作是构建人类命运共同体的核心要素。为解决人类发展的重大问题汇聚全球智慧，是复旦大学设立“复旦—中植科学奖”的初衷之一。

    许宁生强调，高校是学科和人才聚集地、育人高地，同时也是孕育科学创新最重要的策源地，高校的主要任务是推动人类文明的进步。复旦大学始终将科技创新作为学校发展的重要使命之一，致力于通过国际协作，积极推动人类社会的发展。近年来，学校通过培养和提升科研原创能力，特别是在集成电路与微纳电子、脑科学与生物医药、人工智能等基础科技领域，以解决国家发展和人类进步实际问题为导向，对标联合国可持续发展目标，在关键核心技术领域不断突破。复旦大学强调师生对科学的好奇心和学术自立、自信、自律。他表示，希望复旦科技创新论坛和“复旦—中植科学奖”进一步为促进全球科技创新最新成果的交流，助力国家战略发展和上海科创中心建设，同时对带动全球科学技术研究作出积极贡献。

    刘辅华代表中植企业集团创始人兼首席执行官解直锟先生、代表中植企业集团，对本次论坛的召开、特别是对本届“复旦—中植科学奖”的获奖科学家表示衷心祝贺。他介绍，2015年4月，中植集团与复旦大学签署战略合作协议，襄助复旦大学探索创新型教育方式方法，服务国家科技创新驱动发展战略的实施，并共同设立了“复旦—中植科学奖”。在过去的五年中，这些基础性、原创性的获奖成果，在全世界范围内所激发出的更多的相关研究活动，以及所展现出的对科技进步和社会发展的巨大价值。他指出，今年授予的奖项领域是物理学，这是一门基础自然科学，是其它自然科学学科的研究基础。“记得有一位著名物理学家曾经说过：‘没有昨日的基础科学，就没有今日的技术革命’。”他表示，没有今日的基础科学突破，就没有明天的科技创新，今天举办“复旦科技创新论坛”、颁发“复旦—中植科学奖”，正是鼓励基础研究、支持科技创新的重要表现。

    “复旦—中植科学奖”评审委员会主席、著名物理学家、诺贝尔物理学奖得主丁肇中，通过视频远程宣读第五届“复旦—中植科学奖”获奖名单并致颁奖辞。

    ★“复旦—中植科学奖”颁奖辞 ★

    该奖项将授予三位杰出的科学家。

    第一位是布里斯托大学的迈克尔·贝里爵士。他的重要贡献如下：他是布里斯托大学的一名理论物理学家，英国皇家学会会员，他在量子力学中引入了几何相位。他指出了量子态在绝热循环过程中所产生的不可积相因子，这一相因子与由量子系统哈密顿量控制的动力学演化所产生的动力学相位不同。它是由几何原因产生的，这一不可积相因子的发现是量子力学的基础性重大突破，通常称之为贝里相位。如今，贝里相位已经成为一种基本概念，用于理解凝聚态物理中的一系列重要体系，如拓扑绝缘体，量子霍尔效应。这些都是由量子化的贝里相位所表征的。贝里教授在理论上发现了基础量子力学中的几何相位，这一相位如今被称为贝里相位。

    第二位获奖人是宾夕法尼亚大学的查尔斯·凯恩教授。查尔斯·凯恩教授是一名理论物理学家、宾夕法尼亚大学克里斯托弗·布朗特聘理论物理学教授、美国国家科学院院士。他提出了大部分关键理论概念催生出拓扑绝缘体领域，使人们对电子结构的拓扑特征有了更深入的了解。他和他的同事们提出了二维系统可以表现出“量子自旋霍尔效应”。最重要的是，这个态是由离散的Z2 拓扑不变量来表征的。他所提出的这个态后来被称为拓扑绝缘态，由于他先驱性的理论工作，拓扑绝缘体的概念被拓展至三维系统，许多拓扑绝缘体材料以及诸如外尔半金属的衍生材料被理论预言，并被实验证实。这一领域现已成为凝聚态物理中最活跃和重要的领域之一。

    第三位获奖人是清华大学的薛其坤教授。薛教授能获得这个奖，我感到十分高兴。据我所知，这是第一次由中国人获得物理奖项，同时也是第一次由杰出的实验物理学家获得该奖项。他的贡献如下：他是清华大学的一名实验物理学家、中国科学院院士。他在零外磁场的条件下在磁性掺杂的拓扑绝缘体中发现了量子反常霍尔效应。在磁性拓扑绝缘体中实现量子反常霍尔效应是非常有挑战性的。自1988年霍尔丹预言了量子反常霍尔效应起，在实验上实现花费了25年时间。零磁场下精确的量子化霍尔电导，使得量子反常霍尔效应成为继量子霍尔效应和分数量子霍尔效应后凝聚态物理领域最卓越的成果之一。

    聚焦物理学领域

    “复旦—中植科学奖”今年授予了他们！

    2020年“复旦—中植科学奖”得主迈克尔·贝里与查尔斯·凯恩，线上出席颁奖典礼并发表获奖感言。2020年“复旦—中植科学奖”得主薛其坤出席颁奖典礼并作专题报告《量子反常霍尔效应的实验及体会》。

    迈克尔·贝里：作为一名理论家，

    很高兴看到不同的应用出现

    迈克尔·贝里因其在基础量子力学中引入几何相位而闻名。这一相位的发现是量子力学的基础性重大突破，现在通常称之为贝里相位。贝里表示，非常高兴由于发现几何相位而获得“复旦—中植科学奖”。

    他介绍，几何相位有复杂的历史，涉及许多人，可以追溯到1830年。“当我在1983年发现几何相位时，我对它一无所知。我的灵感是从我报告后的一个提问引发的。当时人们对混沌理论很感兴趣，在我的报告中有一个关于量子混沌的技术细节。我提到它只在没有磁场的情况下适用。罗纳德·福克斯提出了一个问题：如果有磁场时会发生什么呢？经过数周的苦思冥想，答案就是几何相位。它源于一个提问，但我需要科学背景。就像帕斯卡写道：机会总是青睐有准备的人。”

    “尽管人们对量子力学感到陌生，但是量子力学的应用广为人知。比如我的电脑有几千个晶体管，他们是基于量子力学设计出来的，其他像手机、电视等设备也是基于量子力学，我们对这些应用都非常熟悉。人们对于理论很陌生，但是对于其设计就很熟悉。几何相位是对量子波震动阶段的记忆，它听上去很抽象，也只是量子理论中的很小一部分，却有着相当多的实际应用。”贝里说。

    如何更好理解几何相位？贝里举了一个生动的例子：“比如我们的肠胃蠕动是由一系列动作不断反复构成，食物通过肠胃消化蠕动等一系列动作被更好的混合，这就是肠胃在相同几何情况下的几何相位。”

    不同于量子力学被用于探索那些人类肉眼不可见的问题，贝里的研究领域也包括光学这样可见自然现象背后的物理问题。“彩虹、海面上的粼粼波光，尤其光学现象，这也是我的研究内容。抽象概念、实际现象和数学表达的融合正是我的研究重点。”贝里说。

    谈及其理论的应用，贝里没有给出明确的答案。他说基础物理理论的发展都会伴随着新的应用，他很高兴看到不同的应用出现，而自己只是一个理论家，所以无法预计未来的应用方向。正如他所谈到的，法拉第发现电磁感应现象时没有想到这会开启电的时代，麦克斯韦在创立电、磁、光之间的理论时也没有想到这会成为远程通信的理论基础。

    “上世纪20年代量子力学诞生，人们发明了晶体管、电视、手机，不同的人有自己不同的想法，有人强调的是其中的数学方法，有人将理论用于不同的发明设计，有的工程师则用这些设计改善我们的日常生活，不同的人有不同的工作方式和贡献，而我在这个体系中只是一个理论家。”作为理论家，贝里无法预计未来的应用发展，但却肯定了与之相关的不同贡献。

    查尔斯·凯恩：期待未来中国

    取得更大物理研究成果

    另一位2020年复旦—中植科学奖获得者是查尔斯·凯恩。他在获奖感言中表示，很荣幸能获得“复旦—中植科学奖”，“在我刚刚开始从事科学工作的时候，我未曾想到今日的情形。我投身科学研究并不是为了获奖，而是被强烈的好奇心所驱使：对于物理世界，以及如何用严谨数学逻辑来理解它，能够从事满足好奇心的事业我感到非常幸运。”

    在凯恩看来，现实世界的应用与理论的深刻优美之结合是理论物理最妙之处。“我的同行迈克尔·贝里和薛其坤教授也是这一结合的典范，我非常荣幸能与他们分享该荣誉。”他指出，贝里教授引入的概念因其应用的深度和广度而著称，同时也是自己整个职业生涯大部分研究内容的基础，包括拓扑绝缘体；而薛教授通过开创性的实验工作使得拓扑、贝里相位等抽象概念，在现实世界中得以实现。

    作为拓扑学理论物理学家，凯恩用球体和甜甜圈解释了什么是拓扑学，以及拓扑学与拓扑绝缘体的关系。“世界上所有物体都有拓扑分类，一个甜甜圈和一个球是拓扑不同的，但一个甜甜圈和一个咖啡杯就是拓扑相同的，因为它们都有一个洞，而拓扑电子学研究的就是如何将电子的拓扑分类用数学表达出来。半导体中的电子也有不同的拓扑分类，拓扑绝缘体不同于普通半导体的点在于，它的电子的拓扑分类更像是球体而不是甜甜圈。”

    凯恩正着力研究的拓扑绝缘体是一类特殊的新型材料，其表面是导体，内部却是绝缘体。“拓扑绝缘体有点像金箔纸包装的巧克力，但不同点在于，当你剥去拓扑绝缘体的表层，剩余材料的表层又自动成为导体。”凯恩还发现，拓扑绝缘体内部电子的移动方向是整齐的，犹如汽车有秩序地行驶在各自车道上，互不相撞，减少了使用普通半导体会造成的热量损失。

    量子计算机是拓扑绝缘体的一个潜在应用方向。凯恩提到，目前全世界对量子计算机的研究难点在于如何避免量子比特因观测而失去量子特性。由拓扑绝缘体和超导体组成的拓扑超导体将是制造量子计算机的可能材料，能有效避免因量子比特状态的破坏而造成的信息丢失。

    谈及中国物理学的发展，他大力赞扬了近年来我国对相关学术科研投入力度。“我注意到中国对学术科研投入持续激增，期待未来中国取得更大物理研究成果。”

    薛其坤：量子反常霍尔效应

    也是中国改革开放的成果之一

     薛其坤在致辞中对复旦大学、中植企业集团、“复旦—中植科学奖”评选委员会表示感谢。他表示，这个荣誉不仅仅属于他个人，也属于他背后的团队。他也感谢导师在成长之路上的指引及相关合作专家和单位。

    “霍尔效应和现在的生活密切相关，给人类的生活提供了极大的方便，信用卡的读卡器等，都是利用霍尔效应发展出来的现代技术。”薛其坤说。 

    为了更形象地解释量子反常霍尔效应，他说：“我们的研究就是针对微观世界中的一种新的电子运动规律，通过这个效应的测量，我们发现微观世界的电子是排着队走的，还不允许掉头。器件发热，其实就是因为电子在走‘回头路’。在量子反常霍尔效应中，电子都是排队走、不回头，即便碰到材料缺陷也不会掉头，而是会绕开。这就使得器件运作变快、消耗变少。”

    谈及该成果未来的应用可能，薛其坤表示，量子反常霍尔效应一方面能够减少元器件发热、大大提高用电效率，另一方面会推动拓扑量子计算机的出现。“从原理上来讲，这项应用适用于所有电子器件，但真正要得以应用，还涉及技术开发成本、原料供给、加工设备等因素，未来还有相当漫长的路要走。”

    在分享实验经历的时候，薛其坤指出实验技术的重要性。“物理学是一个实验科学，大部分的科学发展都是先从实验取得突破的。时代发展到今天，物理学实验的突破，在很大程度上依赖于精尖的实验技术的发展。靠简单的设备、想法就获得重大物理发现，比如牛顿因看到苹果落地而发现万有引力定律，几乎已经没有了。因此，实验技术的发展可能是未来科学突破的主要途径之一。”此外，他还提到，导师和团队合作机制很重要，在追求科学目标的时候，如果每个人都先想到利益分成，就很难做成。 

    薛其坤最后强调，“复旦—中植科学奖”是中国弘扬科学精神的一个奖项，是中国正在全方面走向世界的象征，而量子反常霍尔效应这项科学成果也是中国改革开放的成果之一。“如果没有国家的强大和发展，没有改革开放，我们有再聪明的脑袋、再厉害的奋斗精神，我想我们都没有展示才能的舞台。”

    本届复旦科技创新论坛特邀中国工程院院士、铁路工程技术和管理专家卢春房，中国科学院院士、中国科学院理论物理研究所所长蔡荣根，先后作题为《高速铁路技术发展方向研究》和《广义相对论，黑洞和引力波》的主题报告。

    搭建交流分享平台，集聚科创领军人才

    “复旦科技创新论坛”由复旦大学主办，复旦大学高等学术研究院承办，中植企业集团赞助。本届论坛为期两天，除主论坛之外，另设立物理科学、数学科学、人类表型组、数据科学与人工智能四个分论坛。

    分论坛汇聚三十余名专家学者，围绕自旋物理、未来信息技术、非线性数学期望、新时代的应用数学、人类表型组计划、健康“一带一路”、大数据模型检验、混合增强型智能驾驶等主题发表主旨演讲。

    “复旦科技创新论坛”从2015年开始举办，旨在通过搭建全球视野下的交流与分享平台，集聚科创领军人才，把握当今世界最前沿的创新趋势，同时通过激发社会大众尤其是广大青年才俊的创新热情，积极营造“大众创业、万众创新”的热烈氛围，为上海市建成具有全球影响力的科技创新中心贡献智慧源泉。

    “复旦—中植科学奖”由复旦大学和中植企业集团于2015年合作设立，以表彰在数学、物理学和生物医学领域做出原创性杰出贡献的全球科学家。奖项每三年在这三个学科领域中轮流颁发。

    今年的“复旦—中植科学奖”授予物理学领域的杰出科学家，这是该奖项设立以来的第二次。2017年9月，“复旦—中植科学奖”首次授予物理学领域科学家，麻省理工学院教授雷纳·韦斯（Rainer Weiss）和加州理工学院教授基普·索恩（Kip Thorne）、巴里·巴里什（Barry Barish）三位获奖人于同年10月荣获了诺贝尔物理学奖。而2016年首届“复旦—中植科学奖”授予美国科学家詹姆斯·艾利森（James P.Allison）和日本科学家本庶佑（Tasuku Honjo），这两位科学家因“对肿瘤负性免疫调节的抑制治疗方法”而获得2018年诺贝尔生理学或医学奖。