探索“阿秒”世界，他為一秒鐘的100億億分之一“拍照”

人物小傳

楊瑋楓，1977年生，山東淄博人，海南大學(xué)物理與光電工程學(xué)院、理論物理研究中心教授。

主要從事強場原子分子物理和阿秒科學(xué)方面研究，他和團隊提出的深度學(xué)習(xí)費曼路徑積分的強場動力學(xué)方法，打破了超快時空動力學(xué)中分析計算數(shù)據(jù)量巨大、信息分辨率低等關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，開創(chuàng)了機器學(xué)習(xí)與阿秒物理深度交叉融合的新方向。

戴著一副黑框眼鏡，頭發(fā)有些自來卷，身穿淡藍色襯衫。初見楊瑋楓，70后的他，倒有幾分學(xué)生模樣。他笑著自我調(diào)侃：“好奇心使人年輕！”

在海南大學(xué)理論物理研究中心的辦公室，楊瑋楓站在電腦前，點擊鼠標(biāo)，一張張演示圖劃過。“阿秒脈沖為人類研究微觀世界提供了一雙‘慧眼’”“量子隧穿就像‘穿墻術(shù)’”……說起專業(yè)知識滔滔不絕、總把“有意思”掛在嘴邊的楊瑋楓，20年來以一顆赤誠之心，鉆進原子的世界，探索著阿秒的奧秘。

“對感興趣的事，

用不完的熱情就是我的秘訣”

楊瑋楓從小就喜歡讀科學(xué)家的故事，中學(xué)接觸到物理后，更是對宇宙運行規(guī)律的美感著迷。

2004年，楊瑋楓追尋成為一名物理學(xué)家的目標(biāo)，考入中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所攻讀博士，師從我國強場超快物理研究領(lǐng)域?qū)＜倚熘琳乖菏亢妄徤袘c研究員。

研究剛起步時，楊瑋楓頗感吃力，卻從未退縮，“對感興趣的事，用不完的熱情就是我的秘訣，我會用盡全力把它做好。”

中國科學(xué)院研究氛圍濃厚。楊瑋楓記得，那時深夜走在路上，很多辦公室、實驗室的燈都還亮著。他也受到感染，利用一切可用的時間刻苦鉆研。工位上堆滿了各種資料、草稿紙，埋頭寫代碼、讀文獻、推導(dǎo)公式……長期的久坐伏案，讓他患上了嚴(yán)重的腰椎間盤突出。如今在他的辦公室里，電腦被高高架起，他已學(xué)會和這個老毛病“和平共處”——站著做研究。

功夫不負(fù)有心人。畢業(yè)前，楊瑋楓對“周期量級激光脈沖在極化介質(zhì)傳播中載波包絡(luò)相位效應(yīng)”的研究成果，發(fā)表在物理學(xué)權(quán)威期刊上。有業(yè)內(nèi)科學(xué)家評價：這一成果對基礎(chǔ)物理和載波包絡(luò)相位測量的應(yīng)用都具有重要意義。他的博士論文也獲評全國優(yōu)秀博士論文。

載波包絡(luò)相位測量是阿秒科學(xué)研究中的重要技術(shù)，在博士階段研究的基礎(chǔ)上，楊瑋楓繼續(xù)深入對阿秒科學(xué)的探索。2011年，楊瑋楓出國做博士后研究，不斷開拓新的方向和領(lǐng)域。

“為一秒鐘的

100億億分之一‘拍照’”

原子物理領(lǐng)域的專業(yè)知識晦澀難懂，總有人對楊瑋楓的研究方向感到好奇。他常常會打個比方，便于對方理解：

“人類目前已知的最短時間是多少？如果把1秒分成100億億份，1阿秒就是其中的一份。我們做的就是通過阿秒激光脈沖，捕捉電子的運動，為一秒鐘的100億億分之一‘拍照’，提取其背后的信息。”

所謂“拍照”，說的其實是強場阿秒的測量，主要基于在阿秒時間尺度內(nèi)對超快電子動力學(xué)過程進行逐幀成像。“如果使用傳統(tǒng)的遍歷路徑算法，要遍歷電子運動的每條軌道，就是把每條路的每一步都走一遍。這樣的數(shù)據(jù)量和計算量非常大，難以完成。”楊瑋楓說。

科學(xué)發(fā)現(xiàn)往往源于靈感。

楊瑋楓偶然間看了一部科幻電影，主人公具有預(yù)知未來的能力，其中一個情節(jié)是他想象自己不斷分身，走過眼前的每一條路，探索即將發(fā)生的各種可能，進而實現(xiàn)對未來的預(yù)測。這激發(fā)了楊瑋楓的興趣，“能否借助跨學(xué)科手段，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對遍歷結(jié)果的精準(zhǔn)預(yù)測呢？”這一想法在他的心里扎了根。

想法看似簡單，但實施起來難度不小。

2016年前后，人工智能已有快速迭代之勢。楊瑋楓團隊看準(zhǔn)時機，一次次與同行、專家交流討論，經(jīng)歷了成百上千次驗證、失敗、再驗證……2020年，他和團隊在國際上首次利用深度學(xué)習(xí)實現(xiàn)基于費曼路徑積分的強場動力學(xué)分析方法，實現(xiàn)大于2個數(shù)量級加速比，開創(chuàng)了機器學(xué)習(xí)與阿秒物理深度交叉融合的新方向。

“大于2個數(shù)量級加速比”是什么概念？楊瑋楓做了一個比較：“100億條電子軌道信息用傳統(tǒng)遍歷的方法計算，最先進的超級計算機也要算上至少兩個月，如今幾個小時就能完成。”

由各國科學(xué)家組成的國際聯(lián)合團隊這樣評價：楊瑋楓團隊的成果“解決了電子動力學(xué)遍歷所有路徑的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)”。

“希望同學(xué)們始終保持好奇心，

感受物理之美”

楊瑋楓坦言，循環(huán)往復(fù)地做研究，偶爾也會感到疲憊。每到此時，閱讀便成了最好的調(diào)劑。忙里偷閑時，他會讀一讀武俠和科幻小說，調(diào)整、充電。

楊瑋楓喜歡上課，通常會提前兩到三周把課備好?！度w》《哈利·波特》等書籍中的場景、時下的學(xué)術(shù)熱點，皆是知識的引子。“武俠小說里講上乘武功，‘草木竹石，均可為劍’。只要與物理學(xué)相關(guān)，能讓學(xué)生感興趣、便于理解，我都會嘗試融入課堂。”他說，“希望同學(xué)們始終保持好奇心，感受物理之美。”

劉希望是楊瑋楓培養(yǎng)的第一個博士畢業(yè)生，去年被評為海南大學(xué)物理與光電工程學(xué)院副教授。楊瑋楓嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)、潛心研究的態(tài)度給他留下很深的印象。“楊老師不僅自身學(xué)術(shù)能力出眾，還非常關(guān)心我們的科研能力培養(yǎng)。”劉希望和團隊成員每隔幾天就與楊瑋楓交流研究進展，楊瑋楓不僅耐心解答疑問，還幫助大家制訂研究計劃。

2023年，楊瑋楓因心臟手術(shù)在重癥監(jiān)護室住了3天。手術(shù)完不到一個月，他就趕往寧夏銀川市參加中國物理學(xué)會秋季學(xué)術(shù)會議作報告，代表海南大學(xué)爭取到了舉辦2024年中國物理學(xué)會秋季學(xué)術(shù)會議的資格。

楊瑋楓的辦公室里有一塊白板，上面寫滿了他和同事討論的問題，白板的一角，“蹲”著一只憨態(tài)可掬的卡通貓。楊瑋楓說，這是他女兒畫的。他和妻子忙于科研，周末會把女兒帶到辦公室照看，希望多些陪伴。當(dāng)記者問他想不想讓女兒將來也從事物理研究，回應(yīng)的是一陣笑聲：“我們尊重她的想法，如果能在接觸物理的過程中，培養(yǎng)腳踏實地的品質(zhì)，就是最好的收獲。”

【記者手記】

用心感受基礎(chǔ)研究的樂趣

采訪中，楊瑋楓活躍的思維給記者留下了深刻印象：講起專業(yè)總有說不完的話，深入淺出。當(dāng)同事在研究上遇到困難，楊瑋楓也總能從不同的角度予以解答。在他的帶領(lǐng)下，團隊取得了多項創(chuàng)新性研究成果，推動了新型光場調(diào)控阿秒物理與智能算法理論的發(fā)展。

活躍的思維，源于他對基礎(chǔ)研究二十年如一日的熱愛。

曾有人向楊瑋楓提問：解決基礎(chǔ)研究的學(xué)術(shù)難題，短時間內(nèi)可能看不到實際的用處，該如何堅持下去？他的回答堅定又充滿期待：“如果把基礎(chǔ)研究比作一場馬拉松，每一步都是跑向終點不可或缺的一步，要學(xué)會感受‘奔跑’的樂趣，樂于鉆研、敢于鉆研，相信科研上的每一步都在為科學(xué)的進步貢獻著力量。”