19世纪的最后一天，欧洲著名科学家欢聚一堂。英国物理学家威廉·汤姆生发表新年祝词，他说，物理大厦已经落成，所剩的只是一些修饰工作。不过，它的美丽而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩，一朵出现在光的波动理论上，一朵出现在能量均分的麦克斯韦-玻尔兹曼理论上。
这个故事流传较广，奇葩说辩手陈铭在某一期辩论引用了这个典故。可是，你知道，100多年前的这两朵乌云被解决了吗？物理学最新进展又是什么？
这些问题我回答不上来，直到这周听了物理学家丁洪的分享，稍微有一点了解。他的演讲和他的ppt值得反复回味。他揭示了量子力学的无穷魅力，不仅科普了量子力学的发展脉络和量子计算机的最新发展，还让我们看到，科学和我们的现实生活究竟存在怎样的联系，以及，人类历史或将去往何方。
物理学离我们很遥远，但，总有一些人仰望星空。
我在后面放了丁洪的演讲实录，这篇演讲着实费解。我读了好几遍，每次都有新的困惑。科学家在舞台上神采飞扬，对自己所从事的研究充满了热爱、自信与好奇，以至于忘记了台下的普通观众甚至对马约拉纳费米子、量子计算等名词是什么都不知道。
温馨提示：在看下文的演讲前，你需要百科一下量子力学、费米子、凝聚态、量子计算等名词。
这场演讲中我得到的关键信息点是，普通计算机需要花1年才能做完的运算，量子计算机200秒就可以，如果把量子计算机用到AI身上，会带来前所未有的科技进步。量子计算机很难造，但在物理学家不断研究和发现中，也许有一天我们能见证量子计算机的诞生。
丁洪说，我们最新的研究成果表明在一种铁基超导材料的单个材料中可以发现纯度高的马约拉纳费米子，未来有机会做出拓扑量子比特，将有可能成为量子计算机的三极管。
丁洪演讲全文：
很高兴来到这个场合，我想作为一个科学研究者，不光是要做好自己的科研，希望能把自己做的科研能够以一个真实的方式传播给大众，我很热衷于做科普，积极参与未来论坛。看到主题思想致敬真实，最近我们正在研究的一个关于拓扑量子计算机的，马约拉纳费米子和量子计算，这个东西对于很多人来说都认为是不太真实的，量子计算也是不大真实的，我今天想讲这些东西确确实实是真实的，特别是在未来是真实的。
人类文明的进步依赖于对物质的认识，在宇宙中，我们从宏观到微观，从经典到量子，人们意识到物质是由原子构成的，原子是由原子核和电子构成的，原子核又是由质子和中子构成，质子和中子是由夸克构成的，三个不同的夸克构成的一个中子，总共有6个夸克，6个夸克和电子，和电子的表兄弟，总共12个粒子，被称为费米子。宇宙中有12个有形、有质量的基本粒子之外，标准模型还给出有另外5种是传播作用力，比如光子传播电磁力，3个夸克怎么会在一起形成一个质子，看胶子在一起，还有Z和W，这是弱相互作用力，还有希格子，如果没有希格子，费米子都是0质量，我们都是没有质量的。
在真实宇宙中，从高端物理看费米子只可能有三种，分别叫狄拉克费米子，外尔费米子和马约拉纳费米子。狄拉克1928年提出狄拉克费米子，解释了电子的运动，把爱因斯坦的《相对论》放到确定额的波动方程里面，解释高速运动的电子。从狄拉克方程，预言了一种反粒子叫正电子，跟电子其他性质一样，但是电荷相反。一年之后电子质量如果为0质量，狄拉克费米子可以看作是一对两个分开的新粒子，称为外尔费米子。1937年，马约拉纳，著名的意大利物理学家说有没有可能正粒子和反粒子相同，是有可能的。这个时候如果完全相同，它是中性电荷，这个时候就成了马约拉纳费米子，因为正反相同，一半是天使，一半是魔鬼，就称为天使粒子。
在宇宙中其实只发现了一种费米子，就是狄拉克费米子，外尔费米子和马约拉纳费米子都没有发现。但是在固体材料中，凝聚态材料中，固体宇宙中，我们把一个固体看作宇宙，亿万个电子和金戈的相互左右就形成了准粒子，准粒子可能满足狄拉克方程和外尔方程和马约拉纳方程。我们理解固体中间的费米子有可能造成有用的器件，比如人们对半导体的研究，对半导体狄拉克方程的理解，导致我们发明了三极管，也导致我们创作了现代的信息时代。
我们非常有幸在2015年，首次在固体材料中发现费米子，有三篇文章是我们在2015年发表的，也被美国和英国物理学会评为当年的物理十大突破，也被中国评为中国科学十大进展，2018年被美国物理学会评为125年来49项里程碑工作之一，也是中国唯一的入选工作，34项已经诺贝尔奖。
第三个马约拉纳费米子，这个是正粒子等于反粒子，普通的费米子，你照镜子是反过来的，如果看马约拉纳费米子，照镜子不是看到你的脸，你是看到你的背后，是完全等同的，这个是非常奇妙的。这个事情在真实宇宙中有没有可能存在？是有可能，马约拉纳在他失踪前，他提出来之后他本人就失踪了，有人说上帝把他拿走了，他揭示上帝的秘密，他怀疑中微子就是马约拉纳费米子，如果中微子被证实马约拉纳费米子，希格子发现以后最伟大的高能物理的发现。
凝聚态要发现这个，不光发现了，我们还可以有用，做什么？做量子计算机的三极管，量子计算机是什么原理？利用了量子叠加和量子纠缠，经典计算机用的是0和1，要么是0，要么是1，88+8.1等于88.8，量子比特不一样，不光是0和1，和0和1之间的混合态，造成量子计算机的指数增长，对于指数增长的概念有一个很古老的传说可以描述，在印度国王想奖励国际象棋的发明者，国际象棋64个格子，你给我一些小麦，第一格放一颗，第二格放两颗，第三格放四颗，第四格放八颗，你把它填满小麦，作为对我的奖励就可以，国王说很简单，这么少，后来发现不得了，全印度的小麦都不可能，有多少？是184亿亿粒麦子，指数的增长是惊人的数字，量子计算机就是利用惊人的数字，一个量子比特可以放两个信息，两个可以放4个，3个可以放8个，4个可以放16个，是2个N次方。它可以上升很快，到了50个比特，这个数字非常不得了，50个量子比特构成的系统，如果运算一次将超过100万亿次经典计算。
前几个月听说谷歌造出来一个53比特的量子模拟器，53已经超过50了，53比50还要多，8倍，用它来产生一个随机数，验证一个随机数，53个比特用了200秒，如果用世界上最快的超级计算机做同样的事情需要1万年，谷歌完全打败超级计算机，所以量子计算机一旦做成，就像下围棋，阿尔法狗一旦打败了，人就没有希望了。有的时候说量子计算机是怎么比较，人类从算盘时代到了计算机时代，然后从计算机时代到了量子计算机时代。
量子是一个物质的小颗粒，基本单元，也是能量的最基本携带者，有两个特性，量子叠加，量子里面看猫不光有生和死，还有生和死不定态。还有一个量子纠缠，两个纠缠的生死态，你也不知道是生还是死，你知道纠缠态的相互关系，两只猫分开非常远，你看到这个猫是活的，瞬间就知道遥远的另外一只猫是死的。密码都不知道，一旦一个定了，另外一个就定了，只有两个人拿到的才知道，你使用的时候才知道，所谓的量子密码或者量子通讯的原理。有一个很大的问题，你不能看，你一看它就不是纠缠态了，要么是活的，要么是死的，环境不能干扰它，不能看是一个大问题。所以量子计算机是很难造的，谷歌不能说它53个量子比特就是一个量子计算机，因为没有保护，大部分事情是不能做的，只能做一些看似没用的东西。
怎么保护？有几个方法，一个是量子避错，第二个是量子纠错，用其他量子保护它，看它犯错，要坐下去站起来，第三种就是拓扑量子计算，自带保护的量子计算，需要马约拉纳费米子。这件事是怎么来的？很简单，有一种很奇怪的，所谓的拓扑，拓扑是一个数学概念，杯子有一个把，有一个圈，通过连续变形能够等价，这个东西就是一个很稳定的，这个东西不一样，但是拓扑数是一样的，利用拓扑数就是一个稳定的。利用拓扑材料，比如拓扑绝缘体，是一种很奇妙的事情，材料的体内是绝缘的，不导电的，就像巧克力，表面用一层锡箔纸，银色是导电的，如果把巧克力分成两半，巧克力是绝缘的。如果巧克力是由拓扑巧克力做的，打开表面也会马上变成银色，只要有一个新的界面是拓扑的，它就带了半个电池。超导体也是一个拓扑，也形成一对马约拉纳费米子，我把一个量子比特分开到很远，一个量子比特说它不稳定，但是半个是稳定的，半个是受拓扑保护的，半个又可以做计算，做完以后再合起来。
这个就是所谓的可以做编制。在两维空间中，爱因斯坦满世界跑，跑的路径如果加一个时间轴就是两维的空间+一维的时间，三维时空里面绕着一个所谓的扭结，走的方向是扭结，是一个拓扑数，这样可以做成一个所谓的拓扑量子比特0和1。拓扑量子计算机是编制马约拉纳费米子，就是“编辫子”，这里就要见证一个奇迹，魔术师杯子里面有一个球，转来转去让你猜在哪个杯子里面，四个杯子里面都没有球，转一下有没有球，一打开没有，同样转一下，出现两个球，无中生有，只转了一下子，确实能够产生，这个就是所谓的编制出来一些纠缠态出来。
在材料中找，从2000年找有三个方法，第一种没有，2008年有一个提法，用两个材料做成一个界面，我们在2018年想出用一个材料也可以做。我们在一年中连续发表了3篇，在科学杂志上面，第三篇是上周五刚发表的，证明在一种铁基超导材料中，单材料可以发现马约拉纳费米子，具有很大的优势，一是单材料，第二是高温超导，第三纯度非常过，不纯的东西交换是没有这个性质的。这个有助于未来的量子计算机，我们希望能够做出第一个拓扑量子比特，也就做出量子计算机的三极管，谢谢大家。