2025年是全球聚焦的“國(guó)際量子科學(xué)與技術(shù)年”，10月24日，深圳北理莫斯科大學(xué)物理數(shù)學(xué)系邀請(qǐng)俄羅斯科學(xué)院通訊院士、物理學(xué)教授瑙莫夫·安德烈·維塔列維奇帶來(lái)主題為《單量子輻射體光子學(xué)：成就與展望》的講座。瑙莫夫教授以其深厚的學(xué)術(shù)造詣和生動(dòng)地講解，帶領(lǐng)同學(xué)們深入探索了光子學(xué)與單分子光譜的前沿領(lǐng)域。
穿越時(shí)空的“捕光”之旅：?jiǎn)畏肿庸庾V學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史
瑙莫夫教授的講座從歷史發(fā)展出發(fā)，他介紹道：“單分子光譜學(xué)的發(fā)展，是一部人類(lèi)不斷挑戰(zhàn)探測(cè)極限的科學(xué)史詩(shī)。”這條道路始于20世紀(jì)中葉，源于蘇聯(lián)什波爾斯基院士發(fā)現(xiàn)的“什波爾斯基效應(yīng)”，以及雷班、佩爾索諾夫等人發(fā)展的高分辨光譜學(xué)，為在低溫固體中觀(guān)測(cè)單個(gè)分子的窄線(xiàn)發(fā)射奠定了理論基礎(chǔ)。真正的突破發(fā)生在1989至1990年間：莫爾納爾與卡多爾首次觀(guān)測(cè)到單個(gè)分子的零聲子線(xiàn)吸收，打開(kāi)了單分子探測(cè)的大門(mén)；緊接著，奧里特和伯納德團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了更靈敏的單分子熒光激發(fā)，標(biāo)志著這一領(lǐng)域的正式誕生。隨后于二十世紀(jì)九十年代見(jiàn)證了技術(shù)的百花齊放——從單分子發(fā)光探測(cè)、成像，到單個(gè)量子點(diǎn)發(fā)光、鉆石色心探測(cè)，以及單分子拉曼散射的突破，一系列創(chuàng)新方法不斷拓展著觀(guān)測(cè)的邊界。進(jìn)入新世紀(jì)，單分子光譜與顯微技術(shù)深度融合，催生了突破衍射極限的超分辨熒光納米顯微鏡，使科學(xué)家不僅能“看到”分子，更能“看清”其在納米尺度的分布與動(dòng)態(tài)，這一革命性成果也榮獲了2014年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。從在極低溫下搜尋微弱量子信號(hào)，到今日在生命科學(xué)、材料檢測(cè)中大放異彩，這段歷程見(jiàn)證了人類(lèi)認(rèn)知邊界的不斷拓展。
從實(shí)驗(yàn)室到生活：這些應(yīng)用已經(jīng)在改變我們
“所有科學(xué)都是應(yīng)用科學(xué)，我們所做的所有實(shí)驗(yàn)與研究，都是為了把科學(xué)帶到大眾的生活中去。”瑙莫夫教授的這番話(huà)，為高深的基礎(chǔ)科學(xué)研究賦予了最貼近現(xiàn)實(shí)的底色?；蛟S，觀(guān)測(cè)“單個(gè)分子”是遙不可及的尖端科學(xué)，但其實(shí)，它所帶來(lái)的技術(shù)革新正悄然走入我們的生活。基于單分子光譜與納米顯微技術(shù)，科學(xué)家們能夠以前所未有的精度窺見(jiàn)生命活動(dòng)的本質(zhì)，這為重大疾病的早期診斷和新藥研發(fā)打開(kāi)了新的大門(mén)。鉆石中微小的“色心”可作為納米尺度的量子傳感器，未來(lái)或能用于無(wú)創(chuàng)監(jiān)測(cè)大腦的神經(jīng)活動(dòng)，甚至識(shí)別早期腫瘤。而我們所熟知的量子點(diǎn)顯示技術(shù)，早已讓電視和手機(jī)屏幕的色彩變得更加絢麗真實(shí)。
微觀(guān)世界的大未來(lái)：“最小尺度”的科學(xué)，照亮“最大前沿”
瑙莫夫教授引用諾貝爾獎(jiǎng)得主阿爾費(fèi)羅夫的話(huà)：“所有科學(xué)皆具應(yīng)用價(jià)值，唯其'回報(bào)周期'或需一月，或待百年。”單分子光譜學(xué)，正是這樣一門(mén)既服務(wù)于當(dāng)下、又奠基未來(lái)的關(guān)鍵技術(shù)——它讓我們得以與“單個(gè)分子”對(duì)話(huà)，從物質(zhì)的最基本層面理解其本質(zhì)，更為量子計(jì)算、精準(zhǔn)醫(yī)療、高效能源等一系列前沿領(lǐng)域奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。在講座的尾聲，瑙莫夫教授向在座學(xué)子發(fā)出誠(chéng)摯的邀請(qǐng)與鼓勵(lì)：“我們研究的對(duì)象雖小至分子，我們邁出的每一步雖看似微小，但我希望更多年輕人加入這一行列，成為書(shū)寫(xiě)科學(xué)巨篇中不可或缺的‘分子’。今日實(shí)驗(yàn)室中對(duì)單個(gè)光子、單個(gè)分子的執(zhí)著探索，或許正是為下一個(gè)世紀(jì)的科技革命埋下的希望之種。”
問(wèn)答現(xiàn)場(chǎng)：從量子難題到科幻之光
在講座最后的互動(dòng)環(huán)節(jié)，瑙莫夫教授與同學(xué)們進(jìn)行了深入的交流，耐心解答了大家對(duì)于科研與未來(lái)的疑問(wèn)。
一位有志于量子光學(xué)研究的同學(xué)問(wèn)道：“我一直以來(lái)對(duì)量子光學(xué)這個(gè)方向很有興趣，請(qǐng)問(wèn)我在學(xué)習(xí)的過(guò)程中需要積極面對(duì)和解決什么困難？”瑙莫夫教授回答表示：堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)是關(guān)鍵，必須學(xué)好量子力學(xué)與光學(xué)；同時(shí)，出色的實(shí)驗(yàn)技能不可或缺，包括高靈敏度探測(cè)、低溫技術(shù)等。此外，他特別指出，耐心與好奇心同等重要——要樂(lè)于接受實(shí)驗(yàn)中的不確定性，并學(xué)會(huì)從復(fù)雜的背景“噪聲”中提取出有價(jià)值的真實(shí)信號(hào)。
除此之外，現(xiàn)場(chǎng)同學(xué)們還提出了一個(gè)充滿(mǎn)想象力的問(wèn)題：“現(xiàn)在光子學(xué)發(fā)展得越來(lái)越好，想知道我們?nèi)缃衲芊裨诂F(xiàn)實(shí)中實(shí)現(xiàn)科幻電影《星球大戰(zhàn)》中炫酷的‘光劍’？”瑙莫夫教授以幽默而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度回應(yīng)了這個(gè)問(wèn)題：“根據(jù)我們目前的物理認(rèn)知，真正的“光劍”還無(wú)法實(shí)現(xiàn)，核心障礙在于光子之間通常不會(huì)像實(shí)物粒子那樣發(fā)生碰撞和停止。”但他話(huà)鋒一轉(zhuǎn)，指出前沿研究正在不斷拓展光的邊界?！凹{米激光、等離子激元、光子晶體”等領(lǐng)域的技術(shù)突破，已經(jīng)讓我們能夠在微觀(guān)尺度上精妙地操控光?！彼膭?lì)同學(xué)們，既要仰望星空，也要腳踏實(shí)地，每一次對(duì)光子的操控，都可能在未來(lái)催生出超越想象的全新技術(shù)。
