如果要追溯李长昊对自然的热爱的起源，他会提到自己9岁的时候，在中国济南的一个小镇上，从儿时的家中观察夜空。他回忆道：“那一刻，我觉得大自然太美了，我只想走出地球，去月球甚至火星。”

这个儿时的梦想激发了他对物理的热爱，他从初中到高中一直追求物理，并最终进入了中国的西安交通大学。

从那以后，他对天空的热爱以一种更接地气、更微观的形式表现出来:它转化成了对量子物理学的热爱。李长昊是MIT核科学与工程系的五年级博士生，与Paola Cappellaro教授一起研究量子信息科学，包括量子传感和量子计算。

量子飞跃

推动量子信息科学的主要论点是，在亚原子水平上改变材料的状态可以在更大的尺度上产生重大影响。例如，量子计算依赖于材料属性中最微小的变化，以存储和处理比简单的经典二进制模式更多的信息。

量子计算中的基本信息单位，相当于经典计算机中的位，称为量子比特。利用材料结构中的缺陷是制造这些量子位的一种方法。

李长昊研究的一个方面集中在非常小的钻石中的缺陷上，其中一些是纳米级的。实验涉及在这些钻石中引入原子级缺陷，称为氮空位中心，并使用微波或激光使缺陷受到极其微小的扰动，以产生和控制量子态。

李长昊的一个项目是测量受干扰钻石发出的荧光，从而为我们提供有关外部刺激的更多信息。就像你会通过测量一个烤箱的温度来判断它有多热一样，通过测量这样一个有缺陷的钻石发出的荧光，我们可以知道它感应到什么，以及感应到的程度。例如，一种甚至可以检测到导致Covid-19的SARS-CoV-2病毒的几百条链的传感器是Li正在与同事一起探索的应用之一。

在《物理评论快报》上，李长昊发表了另一个评估量子系统对称性的研究项目的发现。为了探索量子系统的性质，我们需要了解量子态如何随时间变化，以及它们的对称性很重要。李长昊说，设计一个具有理想对称性的系统是一项艰巨的任务。量子特性非常不稳定，因为它们可以与环境相互作用。我们的量子位需要一个很好的生命周期，这里我们开发了一种方法来控制和描述这样一个系统。然而，另一个研究重点(研究结果即将发表)是利用钻石中的缺陷模拟张量规范场，这与基础科学有关。

李长昊说，理解量子信息主要是研究基础科学。他指出:“这个世界的基本原理是美丽的，可以解释许多有趣的现象。”“这让我能够探索宇宙，理解自然是如何运作的，”李长昊补充说。

走得远的人才知道得多

从孩提时代起， 李长昊就对理解自然界如何运作(无论是在恒星还是小量子单位的尺度上)充满了热情，这激发了他对物理学的兴趣。

他的父母鼓励他对物理的热爱，一位中学老师教他批判性地思考，找出教科书中的错误，不要把信息当作真理吞下。“你需要做简单的实验才能为自己找到真相，”这是 Li从中学学到的教训。

随着中学时代的顺利结束，李长昊踏入了高中，他发现高中更有挑战性，一开始李长昊的成绩处于1000名学生的中间部分。但努力工作和向他人学习使他走上了顶峰。

李长昊在初中和高中都名列前茅，后来他去了位于北京以西600英里的西安交通大学攻读物理。这是他第一次离开家，他发现学校需要提高线性代数等科目的学习水平。他的努力又一次得到了回报，以全班第一的成绩毕业。

大学给了他在美国学习大二和大三部分时间的机会。通过交换项目，他在2015年到美国圣母大学进行了两个月的夏季研究，并在2016年，他大三的时候去了加州大学伯克利分校。这些旅行印证了李长昊最喜欢的一句话:“走得远的人懂得更多。”

巴黎圣母院是李长昊第一次出国，他记得，他试着适应汉堡包和薯条，这与他喜欢的传统中国食物完全不同。

正是伯克利的研究，巩固了他对量子物理学的热爱。当他回到中国时，他想继续读研究生，并在该领域进行研究。李长昊说，麻省理工学院的NSE是一个“与世界上最聪明的人一起工作”的机会。Cappellaro是他的灵感来源——“她教会了我如何思考研究，我非常感激，”他说。

对自然的根本热爱，以及学习事物如何运作，继续激励着李长昊，李长昊说：“我专注于最微小的事物，那里有一些非常美妙的东西。这也是关于自然的，对吧？如果你了解这个小东西是如何工作的，你也许也可以了解更大的东西是如何工作的。“

原文链接：https://news.mit.edu/2022/mining-valuable-insights-diamonds-changhao-li-0531

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