12月1日，知名華裔科學家、楊振寧“弟子”張首晟去世，終年僅55歲。
張首晟是斯坦福大學物理系終身教授，美國國家科學院院士，美國藝術與科學學院院士，中國科學院外籍院士。
2007年，張首晟發現“量子自旋霍爾效應”，被《科學》雜誌評為當年的“全球十大重要科學突破”之一。
因其對量子自旋霍爾效應和拓撲絕緣體的開創性研究，他在2010年獲歐洲物理獎，2012 年獲美國物理學會Oliver Buckley獎和聯合國教科文組織下屬的國際理論物理學中心狄拉克獎，2013年獲物理前沿獎，2014年榮獲富蘭克林獎。
今年5月，他曾出席貴陽2018數博會，在數博會區塊鏈論壇上做了主題發言，會上，他先談了自己一生的驕傲——天使粒子，再談信息技術最前沿的支柱——區塊鏈。
△張首晟出席貴陽2018數博會“區塊鏈——價值互聯新秩序”論壇並參與對話
1
“天使粒子”為量子計算機創造了條件
“有陰必有陽，有善必有惡，有天使必有魔鬼。”張首晟認為，我們似乎生活在一個非常對立的世界裡。科學家擁有的無止境的好奇心以及務實求證的精神，促使其團隊最終找到不為人知的反粒子——天使粒子。
天使粒子的發現，對於整個信息技術有重大改變，比如在人類最尖端的工程——創造量子計算機中，工廠15和11不一樣，15是3×5，但是如果給一個很大的數分析出來，到底是複合數還是屬數是很難的事情。
量子世界是平行的，基本粒子可以同時間同時穿過兩個孔，這是平行的原理，如果按照平行原理，這是一個非常難算的數學難題，我們可以並行進行計算。
就像量子世界本身並行一樣，量子信息基本的單位量子比特非常脆弱，要不是0，要不是1，量子比特既是0，又是1，是0到1疊加的狀態。如果稍微有一些噪聲，量子疊加狀態要不變成0，要不變成1，而天使粒子給出了非常奇妙的儲存量子信息辦法。
通常情況下粒子可以構成基本量子信息單位，它有一正一反兩個面，一般情況下，天使粒子是量子信息的一半，使我們可以把基本單位量子信息有兩個量子信息儲存，保證其穩定性，從而為造成真正量子計算機創造了條件。
2
區塊鏈的行業價值將是互聯網的十倍
談到區塊鏈時，張首晟表示：區塊鏈是什麼？
大家提到區塊鏈是新的記帳模式，為什麼記帳的事情那麼困難？
如果在一個分佈式系統要記帳，最能確定的是哪一筆賬先發生，哪一筆賬後發生，時間秩序怎麼排列，或者因果關係怎麼排列，這在一個分佈式的情況下是非常難的問題。
但我們還是知道，在自然界，雖然在分佈式系統裡，還是能達到共識，比如說右邊是磁鐵，但是在混亂的狀態裡，總的來說沒有總的磁性，但是左邊可以達到共識狀態，沒有一箇中央指揮也可以達到共識狀態，就告訴我們要達到共識，對時間先後共識，必然按照物理根本原理，排掉一些熵。
有一個定理，Fisher-lynch-Patterson定理，如果沒有隨機因素，但是有一箇中央調度的算法，把大家統一起來，這有嚴格證明，並不能達到，所以這有一點像熱力學基本定理一樣，要達到共識，自己有序的狀態，一定要和周圍環境變成更加無序。
比特幣是一個非常吻合的基本原理，排除一些熵，自己排除熵，使我們金融系統變得更加穩定，我們時間先後就能判斷出來。所以區塊鏈發展提供最為深刻的判斷，分佈式系統裡，時間通過怎樣的機制進行排序。
比特幣只是區塊鏈的開端，張首晟認為接下來整個區塊鏈的發展還具有激動人心的前景。
人工智能在過去幾年進展並不快，根本原因是什麼？
人工智能發展首先是計算能力的增強，大數據的產生，其次是很好的算法，以及最關鍵的大數據產生的擁有權在誰手裡？但現實際況是，絕大部分大數據跟個人信息有關。
現在情況下，個人數據和信息往往去了中央平臺，個人並沒有達到我們隱私的保護需要，個人也沒有由於提供本人數據而得到回報，這兩個問題同時由區塊鏈解決，所以區塊鏈和人工智能必然有相輔相成的關係，由於區塊鏈帳本可以精準記錄，就可以知道每個人到底貢獻了什麼數據給人工智能提供了學習的機會。
“藉助區塊鏈技術，未來的信任將會建築在數學上。”張首晟用這樣一句話描繪出今後十年、五十年甚至一百年的區塊鏈發展趨勢。
他進一步解釋到，什麼是數學？
我們本來橢圓曲線加密，還有哈希函數的計算，還有零知識證明、多體系計算、微分隱私、同態加密等，這些數學使我們真正產品數據市場，使每個人都可以擁有自己應該擁有的數據。
但是，在這個擁有數據保護隱私的情況下還是可以用這些數學模式，真正創造一個數學市場在這上面進行計算。
所以，在加密經濟學體系下，也可以為社會創造更公正的福利。因為現在社會碰到最大的不公正，就是對少數的歧視，但是在數據市場經濟情況下，大家都知道AI、知道如何通過學習讓自己更聰明，真正需要的數據並不跟以前學過的數據一樣，是最不一樣的數據，對它來說是更加有利的。
所以在這一市場情況下，對少數擁有的數據給出更高的報價，才能真正能夠達到社會的福利，使醜小鴨變成美麗天鵝。
在對區塊鏈技術展望方面，張首晟認為DAG（有向無環圖）的發明無比重要，它將會使區塊鏈發展變得很快。
我們需要穩定貨幣的產生，穩定貨幣最靠譜就是把貨幣價值和基本能源綁在一起。我們也需要更綠色的比特幣，其中有一個很好的想法是通過儲存來達成共識。
區塊鏈的發展，必然由數據市場的產生，在整個互聯網的狀態下，本來只可以交換信息，現在可以交換價值。張首晟認為區塊鏈的行業價值，至少是互聯網的十倍。
作為凝聚態物理領域內的主要研究者，張首晟還在高溫超導、量子霍爾效應、自旋電子學、強關聯電子系統等研究方向上取得了大量國際一流的原始創新成果，他曾被楊振寧認為是下一個華人諾貝爾獎獲得者。
3
全球首次提出“拓撲絕緣體”理論
張首晟認為，在人類發展進程中，材料起到十分主要的作用。2006年，他提出“拓撲絕緣體”理論；次年，這個理論在他與德國維爾茨堡大學的試驗中得到證明。
拓撲絕緣體是一種異於絕緣體和導體的材料，它的內部絕緣，界面卻可以導電，該材料的發現對基礎物理的理解以及半導體器件的應用有很大價值。
自發現以來，逐漸成為凝聚態物理的研究熱點，並被認為是繼石墨烯（2010年諾貝爾物理學獎）之後的“Next Big Thing”。張首晟也因此獲得2012年凝聚態物理領域的最高獎“Oliver Buckley”獎。
張首晟對拓撲絕緣體的提出，讓人類看到了自然界中除絕緣體和導體之外的第三種材料。這種材料的意義在於能繼續推進信息社會按照摩爾定律前進。
張首晟認為，信息行業的發展得益於過去五六十年基礎物理（比如量子力學為半導體技術的發展奠定了基礎）的發現。
現在的信息社會，雖然芯片越來越小，散熱問題卻無法解決，這一問題已對信息社會的發展形成瓶頸；而拓撲絕緣內部絕緣、界面導電，未來將在信息業中得到重要利用，並有可能將信息社會帶到更高層次，甚至會帶來一場工業革命。
關於拓撲絕緣體對電子芯片帶來的影響，張首晟曾用“集市”和“高速公路”的例子來闡述：電子在芯片中移動就像跑車開進集市中，再怎麼高檔也跑不快；但若在高速公路上就可暢行無阻。
張首晟曾解釋，過去50年來的信息社會，一直是按照摩爾定律（當價格不變時，集成電路上可容納的元器件數目約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍）在往前推進，因為有這個規律的推進，才有了我們現在的信息社會。
隨著摩爾定律中元器件數目的增加，其複雜性和差錯率也將呈指數增長，同時也使全面而徹底的芯片測試幾乎成為不可能。一旦芯片上線條的寬度達到納米（10^-9米）數量級時，材料的物理、化學性能將發生質的變化，致使採用現行工藝的半導體器件不能正常工作，摩爾定律也就要走到盡頭。
而如果摩爾定律停止工作，整個信息社會就會停止發展。“拓撲絕緣體”的提出在於它能極大提升計算機的算力，讓整個信息社會繼續按照“摩爾定律”的規律往前推進。屆時，手機的手機續航問題將得到解決，手機能有更大的數據處理能力，一個手機就抵得上十個或者一百個大腦。
4
量子自旋霍爾效應
1980年，德國和英國研究人員發現了量子霍爾效應，這一發現讓人們對製造新型電腦芯片裝置充滿了希望。但由於無法滿足強磁場和低溫兩個條件，新型電腦芯片的裝置仍然無法實現。
2007年，張首晟發現“量子自旋霍爾效應”，量子自旋霍爾效應找到了電子自轉方向與電流方向之間的規律，芯片中雜亂無序運動的電子可以在一定條件下實現規則運動，就像在高速公路上各行其道。
利用這個規律可以使電子以新的姿勢非常有序地"舞蹈"，從而使能量耗散很低。這種新奇的物理現象有可能給未來的信息革命帶來重大影響，電腦甚至量子計算都將隨之發生巨大改變。
發現量子自旋霍爾效應，張首晟因此獲得了物理學界三大最高獎項——2010年的歐洲物理學獎、2012年的巴萊克獎和狄拉克獎，同時，這項發現被《科學》雜誌評為當年的“全球十大重要科學突破”之一。
張首晟曾說，“量子自旋霍爾效應的理論研究以及產業化開發，對科學界和信息產業界來說，都將是一次大洗牌的機會。這一領域的突破所帶來的歷史機遇，對中國的基礎研究和產業界的自主創新也十分難得。希望國家有計劃地大力投入，做好戰略佈局，瞄準這一理論預言展開更廣泛的探索，加快研究步伐，搶佔自主創新制高點。”
拓撲絕緣體、量子自旋霍爾效應、Majorana費米子，張首晟對人類的貢獻是巨大的。
12月1日，這位偉大的科學工作者離世，我們為他默哀。但正如張首晟最喜歡的威廉·布萊克的詩：
在沙粒中看到世界，在野花中看到天堂。把無限放在手掌中，在一小時內獲得永恆。
張首晟對生命的探索、對人類的貢獻也將永存在我們心中。
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