当 “量子计算”“离散时间晶体”“希尔伯特空间” 这些听起来高深莫测的词汇，从张颉颃口中以 “原子烟花”“象棋棋盘装大米” 的生动比喻展开时，我们忽然意识到，这位深耕量子信息领域的科学家，不仅在探索微观世界的奥秘，更在搭建一座连接前沿科学与大众认知的桥梁。

作为北京雁栖湖应用数学研究院（以下简称 “BIMSA”）的研究员，张颉颃的学术之路，恰似他博士导师口中 “向真理的随机行走”。 从数学竞赛的赛场到量子物理的实验室，从精密测量的原子系统到跨学科碰撞的量子信息领域，每一步转折都充满偶然，却又始终朝着 “理解世界本质” 的方向坚定前行。

从数学竞赛到量子实验室：一场 “误打误撞” 的学术修行

“小时候学数学竞赛，总以为数学只有数论、哥德巴赫猜想这类‘纯数’方向。” 回忆起与理科的初遇，张颉颃的语气里带着几分童真。正是这份对 “纯数学” 的认知局限，让他在初高中阶段转向了物理，一个能更直观探索 “世界如何运行” 的领域。

这份选择，为他后来的学术之路埋下了跨学科的伏笔。博士阶段，张颉颃一头扎进了量子精密测量的实验中，研究对象是原子系统里与 “对称性” 相关的课题。“宇宙里有四种基本相互作用力，只有弱相互作用是空间不对称的，这是杨振宁、李政道先生发现的，还因此拿了诺贝尔奖。” 他解释道，当时的研究虽未直接冠上 “量子” 之名，却早已扎根量子世界的核心。

张颉颃（右二）与博士导师 Luis Orozco（左一）

真正的转折点发生在博士后阶段。当他接触到费曼在1980年代初提出的 “量子模拟” 概念时，仿佛打开了新世界的大门，“用量子粒子去模拟量子世界的难题，就像用钥匙开对了锁”。彼时，经典计算机面对量子化学、多体物理问题时，早已因 “指数级增长的希尔伯特空间” 束手无策，而量子模拟的出现，为解决这类难题提供了全新思路。

在这个阶段，他还完成了一项震动学界的成果：首次实验实现 “离散时间晶体”，相关论文登上《Nature》封面。但谈及此事，张颉颃却格外清醒：“说实话有点炒概念，当时还引发了不少争议。” 不过他也坦然，争议本就是科学的一部分，就像爱因斯坦曾反对量子测量理论，却反而推动了领域的发展，“现在回头看，那些争议反而让这个方向的研究更扎实了”。

张颉颃（左一）在加拿大粒子与核物理国家实验室(TRIUMF)

量子计算：不止于 “破解密码”，更是理解世界的新工具

提起量子计算，大众最先想到的往往是 “破解密码”。张颉颃没有回避这个话题，但他更想传递的是：量子计算的价值，远不止于此。

“给你讲个印度象棋的故事吧。” 他笑着举例，“大臣让国王在棋盘第一格放1粒米，第二格放2粒，第三格放4粒，以此类推。结果国王发现，全印度的米都填不满最后一格，这就是指数增长的力量。” 而量子计算的核心优势，正是基于这种 “指数级” 的希尔伯特空间：300个量子比特蕴含的信息量，甚至能超过全宇宙的原子数量。

这种优势，让量子计算在特定问题上拥有 “碾压式” 的能力。比如肖尔算法，能高效解决经典计算机 “望而却步” 的质因数分解问题。而当前国际通用的密码系统，恰恰建立在 “质因数分解难” 的基础上。“如果真能造出满足条件的量子计算机，现在的很多密码都会失效。” 但他话锋一转，“不过别担心，肖尔算法需要至少100万个接近完美的量子比特，现在国际最先进的水平也就几百个，还早着呢。”

在张颉颃看来，量子计算更重要的潜力，在于帮助人类 “理解复杂世界”。“比如量子化学里，分子里的电子相互作用是出了名的难算，经典计算机根本算不清。但量子计算机可以模拟这个过程，这对药物研发、材料设计太重要了 。毕竟，药物能不能治病、有没有副作用，本质上都和分子性质有关。” 他补充道，甚至图论里的复杂问题、经典物理难以模拟的系统，都可能在量子计算的助力下找到答案。

当然，挑战依然存在。“最大的问题是‘验证’。量子计算机算出一个结果，我们怎么知道它是对的？” 这就像科幻小说里 “宇宙计算机给出答案42，却没人知道是什么意思”，目前他正和团队围绕 “可验证的量子算法” 展开研究，“必须把数学、物理、计算机的力量结合起来，才能突破这个瓶颈”。

BIMSA实验室：在 “长城脚下”，搭建跨学科的科研港湾

走进张颉颃在BIMSA的实验室，最引人注目的是一套 “光镊阵列” 设备。前不久，他和团队正是用这套设备，从冷原子团里 “抓” 出了单原子，屏幕上闪烁的亮点像极了 “原子烟花”。“那一刻真的觉得特别酷，哪怕还没做成量子计算机，也足够让人开心好几天。”

这份 “酷” 的背后，是他对实验室建设的独到思考。“以前在学校做科研，学生既要研究算法，又要拧螺丝、焊电路，刚学会怎么干活就毕业了，知识和技术全流失了。” 他说，BIMSA的实验室特意采用了 “介于学校和企业之间” 的模式：设置专门的工程师解决工程问题，博士后专注科学突破，“这样既能避免重复劳动，又能让大家集中精力做擅长的事”。

选择BIMSA，对张颉颃而言既是偶然，也是必然。“我和刘正伟老师很早就认识，后来我们都从各自的方向转向了量子信息，交流越来越多。” 加上家人希望来北京，BIMSA的环境让他一见倾心：“在长城脚下做实验，没有城市的噪声干扰，实验室又宽敞，这种条件太难得了。”

更吸引他的，是BIMSA的 “交叉基因”。“量子信息本来就是交叉学科，需要数学、物理、计算机的人一起干活。但在很多学校，数学系、物理系、计算机系基本不怎么交流。” 他兴奋地说，BIMSA不仅有这样的协作氛围，未来还会建很多不同的学院，“说不定以后还能搞量子和AI的结合，想想就觉得有很多可能性”。

给年轻研究者的话：好奇心，是比技能更重要的 “通行证”

采访最后，谈及对年轻研究者的建议，张颉颃没有罗列 “要学好数学”“要会做实验” 这类具体技能，反而反复强调 “好奇心”。

“知识和技能都可以学，但好奇心是教不会的。” 他说，做科学研究，本质上是 “探索人类知识的边界”。可能 90% 的时间都在 “卡住”，但只要有好奇心驱动，就会愿意 “跳一跳去够那个金苹果”，而一旦突破瓶颈，那种喜悦是任何东西都替代不了的。

对于想加入BIMSA团队的年轻人，他格外坦诚：“这里的环境好、实验条件棒，还有跨学科的机会，但更重要的是，你要真的对‘量子世界’感兴趣，愿意花时间去琢磨那些‘为什么’。” 他笑着说，自己至今还记得第一次在屏幕上看到单原子闪烁时的激动，“那种对未知的好奇，才是支撑我们走下去的根本”。

从数学竞赛少年到量子领域的探索者，张颉颃的 “随机行走” 仍在继续。而在BIMSA的长城脚下，他和团队正搭建着一座连接量子理论与现实应用的桥梁。或许未来某一天，当量子计算真正走进生活时，我们会想起，曾有这样一群科学家，在群山之间、实验室里，为这份 “未来” 默默耕耘。