XK星空 可控单电子元件的设计有助于量子计算机的实际实现
渴望探索量子力学的奥秘并将其应用于先进技术
量子是物质或能量的微小单位，具有粒子（物质）和波（状态）的特性。在这个极小而特殊的世界里，普通生命的物理定律不再成立。相反，事件遵循一组称为量子力学的神秘定律。
自量子力学首次被发现以来，已有 100 多年的历史，即使在今天，它的全貌仍然笼罩在神秘之中。曾教授说：“我们越认真地思考量子理论，它就越符合常识。”他用数学来研究量子神秘而美丽的行为，并进行研究以有形的形式提取其本质，以便将其应用于技术中。
事件的概率确定体现了量子的奥秘，即使在完全相同的情况下也会出现不同的结果。
“例如，如果对一个电子施加力，则向右和向左的状态同时存在，每种可能性都是50％。就像人的思想一样，总是摇摆不定。电子同时具有两种相互冲突的状态，就好像它有自己的思想一样。”
量子力学是当今一些最先进技术（例如激光器和半导体）的基础，近年来，量子计算机作为一种潜在的新应用引起了人们的期望。据说量子计算机的处理能力是传统计算机的 100,000 倍，并且它们利用了奇特的量子特性，即两种状态可以同时存在。
在传统计算机中，数据被处理为 1 和 0 的组合，不可能同时表示两个或多个状态。另一方面，量子计算机可以同时表示两个或多个状态。这使得并行执行多个计算成为可能，并且可以高速解决质因数分解等许多替代方案的问题。 2019年10月，谷歌研究团队报道了量子霸权的演示，量子计算机再次受到关注。
“量子计算的想法已经存在了大约 30 年。最初，它只是一个数学理论，但今天它正在成为一个真实、重要的存在，令人惊讶的是，量子已成为全世界的话题。即使在现实世界中，也存在违反常识的奇怪特性，令人着迷的是，自量子力学发现以来的 100 年里，这项技术已经成型并成为现实。”
基于量子图论设计新元素以利用神秘的量子特性
虽然技术创新不断进步，但目前的量子计算机必须保持在接近绝对零的超低温下，因此距离实际应用还有很长的路要走。 Zen 教授与欧洲领先的数学物理学家之一 Pavel Exner 博士（捷克技术大学多普勒研究所）合作，正在进行“量子图论”的研究。该主题作为单电子器件的理论模型而引起人们的关注，并可能有助于开发下一代单电子元件以实际实现量子计算机。量子图论研究如何在纳米级超细导线组成的电路中控制量子粒子（电子）的运动。
“计算机中的每个晶体管有多达 100 万个电子流过。这在原子水平上实际上是一种巨大的浪费。为了在常温下使用量子计算机，我们需要最大限度地减少流经电路的电子数量，最终目标是只有一个电子通过复杂布局的导线的晶体管。研究控制此类单个电子的方法是量子图论的任务。”
控制单电子运动的技术正在取得进步，近年来人们对量子图论作为理论上处理这些问题的框架的期望越来越高。 “由于其数学兴趣，量子图长期以来一直受到密切研究，但现在它们被视为纳米级量子单电子元素的模型，”他兴奋地说。
曾教授表示，当处理在由点和线组成的图形中移动的量子粒子时，量子力学的奥秘尤其突出。例如，考虑一个粒子沿直线移动并进入一个点。在经典力学中，粒子只能反弹或穿过。然而，在量子力学中，粒子是概率波，因此它可以部分穿过，并且根据碰撞能量，有时可以穿过，有时不能穿过。轻击也有可能穿过，重击也可能反弹。
Zen教授和他的同事利用虚拟技术设计了各种系统，并分析了线重叠的节点处发生的所有现象。结果表明，在普通量子力学中看不到的奇怪现象出现在量子图的节点处。研究还发现，如果表现出简单响应的多个节点集中在小于量子波波长的区域，它们就会表现为“集成量子节点”，协同运行并表现出不寻常的响应。就这样，Zen教授等人。阐明了量子图中节点的数学特性，并发展了其应用理论。
（图上量子粒子的散射）
“我们已经展示了如何控制量子图中的节点，以及如何使用节点来控制电子。粗略地说，我们已经完成了单个电子元素的基本设计。”
作为使用量子图的光谱滤波器，Zen教授和他的同事还设计了一种可以通过从外部施加电压来控制的模型。最终，他们相信可以在控制单个电子运动的量子晶体管中使用这种方法。如果这种器件得以实现，它们将比传统电子电路具有超高速、更低的电压和更高的效率。 Zen 教授和他的同事开辟了一条可控量子光谱滤波器的新途径。
下一步，他们将继续理论研究，力争利用“雾气CVD法”创造并实验验证量子纳米结构。这种方法由XK星空的Toshiyuki Kawaharamura教授及其同事开发，能够在大气压下沉积大面积、高质量的功能薄膜。基于量子图论的新量子元件的研发可能会导致先进的下一代功能器件的开发。
“如果理论上存在，那么它绝对是可行的。世界上研究量子图论的实验室屈指可数，但如果我们的结果得到实验证明，就会有更多的研究人员参与进来，这个领域将在全球范围内充满活力。我坚信，20年后，实际应用将会取得进展。”
多数人的意见并不总是胜出。澄清多数统治民主的现实
在追求量子神秘行为的同时，禅教授也从事社会物理学的研究——一门利用物理学的视角和技术研究人类行为和社会现象的学科。他正在研究的一个特定主题是“如何聚合个人的意愿，并将其与每个群体作为一个整体的决策联系起来。”
是否存在描述多数意见如何形成的数学定律？当有自由意志的人占多数时，其统治规律是否类似于多少个原子聚合成物质？舆论动态就是从这些想法中产生的一个领域，它在数学物理学的框架内模拟了社会群体中多数人的形成。 Zen 教授与被誉为观点动态之父的理论物理学家 Serge Galam（巴黎政治研究所）合作，进行了研究以帮助进一步发展该领域。
用于所有决策领域的多数决策在数学上是合理的，基于“两个头脑比一个头脑好”的原则。也就是说，如果通过聚集决策确定性为50％或更大的人来做出多数决策，那么随着人数的增加，将获得确定性接近100％的决策。然而，民主选举的现实却偏离了这一假设。许多对某一问题没有洞察力的人即使思考也无法做出好的决定，而且人们也很容易受到他人意见的影响。因此，许多人的观点简单地模仿别人是很常见的。因此，意见强烈的少数人的决定经常会迅速传播到多数人。
例如，假设两种头痛药物正在互联网上销售：A 含有其功效已被药理学证明的成分，B 不含活性成分。安慰剂B的卖家广告能力很强，卖家的代理人冒充买家，在某电商网站上发表评论宣传B、批评A。而实际上有效的A卖家几乎不做广告。
在这种情况下，A 或 B 是否会出售的问题取决于买家对毒品的了解程度。如果访问该网站购买药物的人是没有医学知识的非专业人士，他们会阅读一些书面评论，并可能购买 B。线下，如果访问该网站的人是医疗保健专业人员，他们可能会比较两种药物的成分列表，然后毫不犹豫地购买 A。
现在，中间情况会发生什么？ Zen教授和他的同事得出的结论是，如果有洞察力的专业人士的比例略低于20%或更高，那么有效的药物就会畅销，反之，如果有洞察力的专业人士的比例略低于20%或更低，那么没有功效且广告强烈的药物就会畅销。这个结论已经被其他研究人员通过实验证明了。
“例如，如果持有某种强烈意见的人在一个群体中所占的比例略低于20%或更多，那么他们就会战胜其余的人，即使持有强烈意见的人所占比例很小。即使在民主国家，多数人的意见也并不总是占上风。少数人（例如利益集团）的意见可能更有影响力。”。
陈教授等人发现的社会群体多数形成的新模式，揭示了多数统治民主的真相，即理想与现实的差异。
“我们通过使用物理学的自旋模型，简化了个人的意见，并将他们视为电子，发现了这个有启发性的结果。世界上有很多种人，所以我们将进一步进行这项研究 - 假设各种场景，比如如果混入任性的人，比如高知人，他们反对有强烈意见的人，会发生什么。”
由于人工智能等领域的发展，数学、物理融入社会科学领域的趋势未来可能会进一步发展。禅教授和他的同事的成果将有助于引领用数学和物理技术分析社会的研究。
“如果传播错误信息的人的比例略低于 20% 或更高，很多人就会被欺骗。如果我们公开这一事实，人们就会用安全缓冲来保护自己的信仰，而不会立即轻信他们在互联网上看到的东西。这将使恶意操纵信息变得更加困难。我们通过合作研究发现的理论很可能在不久的将来应用于实践。”
能够接受新的主题，而不是被既定的想法所束缚。自由是物理的吸引力
曾教授一度想成为一名建筑师，因为他想在世界上创造美好的秩序。物理学相对于建筑的吸引力是什么？
“物理学比建筑更抽象，所以它提供了更大的自由。你可以用理论思想和数学技术来对待人类，你可以尝试天马行空的想法。自由是最大的吸引力。不被僵化的思维所束缚，清除框架，认真思考大多数人不会想到的奇怪的事情是令人愉快的。高知人是自由的思想家，回避受限制的“群体思维”。这种直接的做法是这是思考物理学的好方法。”
Zen 教授在高知基地与世界各地的研究人员一起开展国际研究。高知自由、慷慨的环境及其人民的气质似乎对他自己的研究产生了显着影响。