杜江峰:要做引领世界前沿的研究 2015-12-07

 

今年是杜江峰在中国科学技术大学度过的第30年。在这里,他学习成长,实现了从学生到青年科学家,到中国科大物理学院的执行院长,再到中国科学院院士的华丽蜕变。如今的他,依然如无数个普普通通的往常日子一样,在实验室里忙忙碌碌,追寻着科学的未知。 

 

华丽“转型” 追随心底的召唤 

 

杜江峰的求学和工作履历很简洁,简洁到几句话就可以概括:16岁时保送中国科大少年班,本科毕业后即留校工作,同时攻读研究生;28岁时开始进军当时最新的量子计算实验研究领域,成为我国最早从事这项研究的科学家之一;接下来的近20年里,杜江峰一头扎进量子计算领域,取得多项重大研究成果。 

 

杜江峰的科研经历内涵又很丰富,丰富到你会很容易对关于他的一些数据感到惊叹:他带领的科研团队迄今已发表了2篇《自然》、2篇《科学》、6篇《自然》子刊、25篇《物理评论快报》,在其他国际学术期刊上发表论文100余篇,SCI他引2000余次。其研究成果曾获得国家自然科学二等奖、中国物理学会黄昆物理奖、教育部自然科学一等奖等奖项,入选“两院院士”评选的2009年度中国十大科技进展新闻。 

 

也许你很难想象,这位取得如此丰硕成果的46岁年轻科学家,在最初留校的时候,并非直接走上科研路——刚留校时,他从事的是学生管理工作,同时攻读本校的研究生。 

 

杜江峰的家乡在无锡,当地有着浓郁的崇尚文化与知识的氛围,做科研、成为科学家是杜江峰从小就十分向往的事。“其实我从有记忆的童年开始,就梦想成为科学家。”杜江峰说,“这么多年,这个梦想都没有变过,科学的未知与挑战性对我来说,有着巨大的吸引力。” 

 

保送进入中国科大少年班,开始大学阶段的学习之后,杜江峰却遭遇过一段时间的迷茫与打击:周围都是全国各地考来的尖子生,自己似乎没有那么得心应手了。大学毕业时,杜江峰选择留校从事管理,同时读研,不断思索着科学在自己生命中的分量。在大约十年的时间里,杜江峰兼顾管理工作和科学研究:一方面他历任所在院系的分团委书记、系党总支书记;另一方面,他的内心始终有个科学的声音在召唤,从没有切断过科学的梦想。 

 

90年代开始,我国的科研条件进一步提高,科研环境也有很大程度的改善。杜江峰也在这个年代找准了自己的发展方向,1997年,他正式进军核磁共振量子计算领域。 

 

专注踏实 驰骋于量子计算领域 

 

在自己众多的科研成果中“盘点”最具亮点的工作,杜江峰首先提到的就是2002年发表于《物理评论快报》的一项研究:在国际上第一次成功地实现了量子博弈的实验研究。这是国内量子计算实验研究工作首次在该国际权威杂志上发表,审稿意见认为该工作“是首次在实验上实现量子博弈”,“该文的工作既新又有意义”。由于这项研究成果的新颖性,《自然》的科学新闻对该工作成果作了专题报导,英国的《新科学家》以及美国物理学会与欧洲物理学会的新闻网站也都报道了该项研究成果。 

 

“这个成果是我发表的第一篇PRL,在我的科研道路上很有意义。”杜江峰说,“当时牛津大学已经有了这个方向的理论成果,我们的这个成果则很好地跟踪了国际前沿方向,从实验的角度做出了很好的展示。” 

 

2009年,他带领自己的科研团队做出的又一项重要成果产生了:首次在真实固态体系中实现了最优动力学去耦,极大地提高了量子相干保存时间。这项成果发表于《自然》杂志,同期《自然》杂志的《新闻与展望》栏目发表专文评述指出:“杜江峰及其同事的研究表明,通过精巧的脉冲控制,可以使固态电子自旋量子比特体系的这种不利因素降到最小,从而大大减少了量子体系中量子信息的流失。他们所使用的量子相干调控技术被证明是一种可以帮助人们理解并且有效对抗量子信息流失的一个重要资源,所取得的研究进展的重要性在于极大提升了现实物理体系的性能,从而朝实现量子计算迈出重要的一步。”该成果了入选 “两院院士”评选的2009年度中国高校十大科技进展。 

 

每一步前进都踏踏实实,为后面的研究做好积累。今天,在杜江峰看来,这两项重要成果都属于技术上的突破,为自己之后的研究奠定了坚实的技术基础。当时的他也为自己定下了新的发展目标:有朝一日要从跟踪前沿研究,转化为引领前沿研究,而达到这个目标的第一步,就是要实现从购买仪器到自主研制仪器的跃变。之前的研究,不管是核磁共振,还是电子自旋磁共振的研究,都是在购买的商用谱仪上完成的。2009年之后,杜江峰开始尝试用新的方法,将研究深入到光探测磁共振领域,购买的谱仪已经不能满足实验需求。 

 

“从那时开始,我们实验室开始尝试自己设计、建设新的科学谱仪,以满足我们在单分子层面上的科学研究。”杜江峰说。他对方向的准确把握在不久的将来又带来了重大的成果。 

 

独到眼光 “钻石探针”惊艳亮相 

 

2015年3月,杜江峰领衔的研究团队再一次创造了一项惊艳世界的研究成果:他们利用钻石中的氮-空位点缺陷作为量子探针(简称“钻石探针”),选取了细胞分裂中的一种重要蛋白为探测对象,将量子技术应用于单个蛋白分子研究,在室温大气条件下获得了世界上首张单蛋白质分子的磁共振谱。这项成果发表于国际著名学术期刊《科学》上,同期《科学》“展望”栏目专文报道称赞“此工作是通往活体细胞中单蛋白质分子实时成像的里程碑”。 

 

“这种以钻石为“探针”的磁共振方法可以把以前看不见的东西变得‘看得见’,在化学、材料、生命等很多领域都有广阔的应用前景。”杜江峰解释,“之所以这项研究是与生命科学的交叉,源于我个人的看法:如果能将生命科学的探索推进到单分子水平,那么就有可能对探明很多疾病的起源有所帮助。” 

 

这项研究从开始酝酿,到最终完成,历时近三年的时间。期间,杜江峰的团队与从事蛋白质研究的生物领域科学家展开了交叉学科的合作,同时,他们还着手自主设计、建设专门的科学仪器。 

 

在跨学科研究的过程里,也遭遇了很多意想不到的问题。首先要解决的是探针的制备和筛选,这也是进行后续实验的前提;接着又碰到了新的问题:如何将制备好的蛋白质样本与探针靠近呢?实验组与生物科学家之间都进行多次讨论,最后确定了用多聚赖氨酸对蛋白分子进行固定和保护的方案;接着他们又将发展起来的量子操控技术用于提高探针灵敏度,经过多次实验,最终成功测得了单蛋白分子磁共振信号;这时又出现了一个难题:信号的实验结果与预想的结果并不一致。大家多方查阅文献和讨论,最终确定了问题所在:开始用的计算模型没有把蛋白质分子的微观“扭动”即动力学行为考虑进去,加上这个因素以后,实验结果与理论计算就吻合了。该成果的第一作者、杜江峰团队的特任研究员石发展回忆说:“遇到困难时肯定有过郁闷和沮丧,但还好,杜老师带着我们把一个一个问题都攻克下来了。” 

 

“遭遇挫折,是做科研的常态。”杜江峰对此非常坦然,“好的研究成果一定是建立在解决了很多挫折的基础上,可以说,解决挫折的过程也是对科研的促进过程。” 

 

身先士卒 年轻团队迸发大能量 

 

杜江峰的实验室人数规模不算大,加上他自己,大约10人,基本上都是年轻人,平均年龄只有30多岁。这样一支年轻团队却展现出了对科研惊人的投入与激情,进而迸发出巨大的能量。 

 

 “我们的实验室全年没有休假日,几乎每天在凌晨以后,还有人在工作。”杜江峰说起这点,颇感自豪,“但事实上,我的实验室从来没有打卡制度,科研人员和学生们都是自愿把精力和时间投入在实验室里,我想这是因为他们感受到了科研的快乐吧!” 

 

享受科研的过程,是杜江峰的一个理念,这也渗透到他的团队成员心里。“记得‘钻石探针’这个成果收到《科学》编辑修改意见的时候,正值春节,我们需要很快做出回复。杜老师和我那几天几乎都泡在这件事情上,反复沟通商量文章细节,丝毫不觉得苦与累。”石发展依然记得当时的情景,“杜老师时常告诫我们不要‘混文章’,而要做真正有价值的研究,这个过程是非常充实而快乐的。” 

 

对科研的“享受”过程,还在于不束缚大家的思维,给人“天马行空”的空间。杜江峰说,在他的实验室里,有80%的研究内容是课题组确定好的选题,还有20%的空间留给个人去“天马行空”,提出自己感兴趣的选题,课题组会进行讨论,如果选题有合理性,就会支持个人去开展研究。 

 

“我们的这个团队,真的是蛮拼的。”这是杜江峰对团队的评价。而团队成员对他的评价则是“身先士卒”。石发展感慨地说:“杜老师通常都是第一个到实验室,最后一个离开实验室的。” 

 

在团队成员的眼中,实验室是个团结而平等的“大家庭”。每个人既有相互独立的研究方向,又有很多合作的机会,在学术探讨上只有对错,没有高低。杜江峰一直亲自参与到日常的组会与讨论中。实验室也有很多对外交流的机会,几乎每周都会有不同的专家来进行学术报告,成员们出国交流的机会也很多。 

 

这样的实验室无疑是有着巨大吸引力的。丁哲,中国科大郭沫若奖学金获得者,2014年本科毕业后进入杜江峰的实验室读研,现在已经是博一。他觉得实验室有着宽松的学术氛围,丰富的实验资源和研究方向,非常适合自己的发展。 

 

这样的实验室也无疑对年轻人的成长有巨大帮助。黄璞,从2009年开始进入杜江峰实验室攻读研究生,经过几年的历练,他已以第一作者身份在国际高水平期刊上发表论文3篇,还获得了第九届“中国青少年科技创新奖”获得者,站到了人民大会堂的领奖台上。 

 

而实验室最大的吸引力莫过于导师杜江峰对研究方向的准确把握,他会带领团队做最有价值的研究。石发展从2006年大三开始,就一路跟随杜江峰,从事光探测磁共振工作。他对导师充满了感激与敬佩:“刚进入实验室时,曾有过一段迷茫期,不知道该做些什么工作。杜老师多次找我单独谈话,帮助我找准发展方向。杜老师的科学素养很高,有很独到的科学眼光,方向的把握特别准确。”而今,石发展已在《科学》正刊、《自然》子刊、《物理评论快报》等国际顶级期刊上发表成果10余篇,并获得2014年度亚太顺磁共振学会青年科学家奖。 

 

除了科研之外,杜江峰对其他方面并不愿多谈。他始终保持着科学家特有的严谨与谦虚:“其实我没有太多科研之外的时间,几乎每天都呆着实验室和学院里,所以还是多谈谈科研吧。” 

 

杜江峰认为,选择了一项事业就要热爱它,而科研就是他所热爱并为之奋斗的事业。因此,他从不会停下探索未知的脚步:“希望能多做出一些原创性创新成果,有朝一日在这个领域能够引领世界前沿研究。”

 

(新闻中心报道)


     
中国科大新闻网
中国科大官方微博
中国科大官方微信

Copyright 2007 - 2008 All Rights Reserved 中国科学技术大学 版权所有 Email:news@ustc.edu.cn

主办:中国科学技术大学 承办:新闻中心 技术支持:网络信息中心

地址:安徽省合肥市金寨路96号 邮编:230026