斯坦福大學(xué)應(yīng)用物理與電氣工程名譽(yù)教授、NTT Reasech PHI Labs主任、量子科技領(lǐng)域三十年來領(lǐng)導(dǎo)者Yoshihisa Yamamoto教授

(圖片來源：NTT Research)

Yoshihisa Yamamoto(山本喜久)教授是國際量子科技領(lǐng)域的近30年來的泰斗之一，也是斯坦福大學(xué)應(yīng)用物理與電氣工程的名譽(yù)教授。他領(lǐng)導(dǎo)的研究實(shí)驗室專注于量子光學(xué)和量子信息處理30多年。Yamamoto教授也是日本國家量子計算計劃領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物和最重要的科學(xué)家，還是相干伊辛機(jī)(CIM)這一重要的量子計算技術(shù)路線的提出者和領(lǐng)導(dǎo)者。

Yamamoto教授目前的研究興趣在量子信息、量子光學(xué)和介觀物理領(lǐng)域，涵蓋壓縮態(tài)、量子非破壞測量、腔量子電動力學(xué)、量子計算機(jī)和介觀電子傳輸和隧穿等。

潛心學(xué)術(shù) 著作等身

Yamamoto教授1950年出生于日本東京，大學(xué)畢業(yè)于東京工業(yè)大學(xué)，后進(jìn)入東京大學(xué)深造并于1978年獲得博士學(xué)位。Yamamoto教授在獲得博士學(xué)位后，加入了NTT(日本電信電話株式會社)的基礎(chǔ)研究實(shí)驗室，并在NTT基礎(chǔ)研究實(shí)驗室內(nèi)部成立了一個研究量子信息通信技術(shù)的小組。隨后在全球量子信息通信研究的前沿工作了 40 多年。在日本和美國領(lǐng)導(dǎo)了許多重大的國家項目。

1992到2014年Yamamoto教授任斯坦福大學(xué)教授(現(xiàn)為名譽(yù)教授)，2003-2014年兼任日本國家信息學(xué)研究所教授(現(xiàn)為名譽(yù)教授)。在2013-2014年間，還兼任了日本理化學(xué)研究所(RIKEN)的董事。

2019年，NTT 將基礎(chǔ)研究實(shí)驗室分拆成一個獨(dú)立的公司NTT Research，Yamamoto教授擔(dān)任該公司創(chuàng)始董事，并出任PHI Labs(物理與信息學(xué)實(shí)驗室)主任。

作為量子信息科技的前沿學(xué)者，Yamamoto教授的研究領(lǐng)域包括量子信息、量子光學(xué)和介觀物理(例如壓縮態(tài)、量子非破壞測量、腔量子電動力學(xué)、量子計算機(jī)和介觀電子傳輸和隧穿)等。30多年以來在《Journal of Applied Physics》(應(yīng)用物理學(xué))、《Nature》(自然)、《Physical Review Letters》(物理評論快報)、《IEEE》、《Proceedings of the National Academy of Sciences》(美國國家科學(xué)院院刊)等多家國際頂級期刊上發(fā)表了多項創(chuàng)新性研究。截至目前，已發(fā)表研究論文500多篇，可謂著作等身。

(圖片來源：網(wǎng)絡(luò))

領(lǐng)軍科研 突破前沿

1993年，Yamamoto教授開始參與日本國家級量子科學(xué)研究項目。2009年，為了通過前沿科技研發(fā)提升日本的國際競爭力，日本內(nèi)閣府啟動了“世界領(lǐng)先的科技創(chuàng)新研發(fā)資助計劃”(簡稱FIRST)，Yamamoto教授被任命為該計劃的核心成員。

2014年，在FIRST計劃的基礎(chǔ)上，日本內(nèi)閣府進(jìn)一步啟動了“革新性研究開發(fā)推進(jìn)計劃(ImPACT)”，這個項目旨在推動量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(QNN)技術(shù)的應(yīng)用研究，除了囊括日本頂尖大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)的精英學(xué)者以外，NTT、NEC、東芝、日立、富士通、三菱、日立等日本一線大公司的研究人員也都參與到這一項目中來，可以類比成這是日本采用“舉國體制”開展的量子計算機(jī)研發(fā)項目。

作為ImPACT項目的首席科學(xué)家和項目經(jīng)理(相當(dāng)于總負(fù)責(zé)人)，Yamamoto教授在ImPACT計劃下展開“將量子人工腦接入接入量子網(wǎng)絡(luò)成為先進(jìn)信息社會基礎(chǔ)設(shè)施”這一非常前沿的研究，充分展現(xiàn)了他在學(xué)術(shù)上的領(lǐng)導(dǎo)能力和協(xié)調(diào)能力，領(lǐng)導(dǎo)日本不同學(xué)科、不同領(lǐng)域?qū)＜以谝粋€框架下開展量子大腦、量子安全網(wǎng)絡(luò)、量子模擬研究。

CIM的研發(fā)歷程(圖片來源：網(wǎng)絡(luò))

在這一系列日本國家級項目和斯坦福的研究工作中，Yamamoto教授和他的研究團(tuán)隊經(jīng)過反復(fù)比較，逐漸將實(shí)現(xiàn)量子計算的方式聚焦到了相干伊辛機(jī)(Coherent Ising Machine，CIM)這一技術(shù)路線上來。

CIM這種采用光量子的耗散式架構(gòu)的量子計算機(jī)，與超導(dǎo)、離子阱等使用邏輯門計算架構(gòu)的其他技術(shù)路線相比，采用量子失諧而不是量子糾纏作為計算資源，更加類似于人腦神經(jīng)突觸的工作模式，天然更適合于形成超大規(guī)模的量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對環(huán)境噪聲和錯誤有很強(qiáng)的抵抗力。而且CIM不需要超低溫環(huán)境，不需要昂貴的稀釋制冷機(jī)和液氦，因此計算成本上也大大優(yōu)于其他技術(shù)路線。

由于這些優(yōu)勢，目前CIM已經(jīng)成為日本的量子計算的主要研究方向，也成為最有實(shí)用前景的量子計算機(jī)發(fā)展方向。目前日本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了10萬自旋的CIM計算實(shí)驗，相關(guān)的算法研究成果也不再是實(shí)驗室或象牙塔中的理論構(gòu)想，而是已經(jīng)付諸實(shí)用，并在倉儲物流、交通管理等方面落地并有了實(shí)際效益。

基于CIM與量子神經(jīng)網(wǎng)路上的研究，Yamamoto教授以NTT Research為核心建立起了一個不斷擴(kuò)大的CIM聯(lián)盟，將斯坦福大學(xué)、麻省理工大學(xué)、加州理工學(xué)院、康奈爾大學(xué)、哈佛大學(xué)、圣母大學(xué)、斯威本科技大學(xué)、東京工業(yè)大學(xué)、密歇根大學(xué)和東京大學(xué)等全球頂尖知名學(xué)府和NASA、1QBit等企業(yè)都囊括進(jìn)來，以共同推動CIM在物理原理、腦神經(jīng)科學(xué)、數(shù)學(xué)模型、實(shí)驗驗證、算法編程、工程化實(shí)現(xiàn)、落地應(yīng)用等各個環(huán)節(jié)的研究。

對于這場跨學(xué)科研究的前景和重要性，Yamamoto教授在接受媒體采訪時曾表示，“新一代信息處理技術(shù)，更加追求計算的簡單、高效、使用。在當(dāng)前的量子計算領(lǐng)域中，兩個主流研究方向是(基于門的)量子計算和(基于耗散的)腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)量子計算。研究人員們希望探索出在非馮諾依曼架構(gòu)之外的更快、更低能耗的新型計算機(jī)。我們相信未來的計算技術(shù)將是由腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算和量子計算結(jié)合而實(shí)現(xiàn)的。”

Yamamoto教授還進(jìn)一步表示，“基于新型神經(jīng)形態(tài)計算原理的CIM，是一種利用開放式的耗散量子系統(tǒng)的量子到經(jīng)典躍遷進(jìn)行計算過程的新型量子計算機(jī)，而不是使用單一演化來處理純態(tài)，這正是大腦的工作方式。”

桃李不言 下自成蹊

在量子科研領(lǐng)域取得眾多開創(chuàng)性進(jìn)展的同時，Yamamoto教授還在數(shù)十年的教學(xué)工作中，以身作則，用他的謙虛與睿智為量子科學(xué)領(lǐng)域培育了大批杰出人才，可謂桃李滿天下。這些著名的科學(xué)家正在美國、中國、日本、歐洲等全球各地的院校、機(jī)構(gòu)和企業(yè)中內(nèi)開展科研，共同推動了量子科學(xué)行業(yè)發(fā)展。

例如，麻省理工學(xué)院量子工程中心主任、美國物理學(xué)會會士William D. Oliver;麻省理工學(xué)院數(shù)字學(xué)習(xí)高級副院長、麻省理工學(xué)院超冷原子中心量子研究小組組長、美國電氣工程師和物理學(xué)家Isaac L. Chuang;美國華裔物理學(xué)家、耶魯大學(xué)應(yīng)用物理學(xué)教授、物理學(xué)教授和電氣工程教授Cao Hui等都是Yamamoto教授的博士生。據(jù)統(tǒng)計，在美國國家量子計劃咨詢委員會(National Quantum Initiative Advisory Committee，NQIAC)的23名委員中，就有3名Yamamoto教授的學(xué)生。

此外，Yamamoto教授也為量子企業(yè)界培養(yǎng)了不少精英。大家所熟知的全球首家上市的量子計算獨(dú)角獸IonQ，其首席技術(shù)官兼聯(lián)合創(chuàng)始人，全球離子阱技術(shù)路線的領(lǐng)軍人物之一的Jungsang Kim(金正尚);還有國內(nèi)新銳的量子計算企業(yè)玻色量子的創(chuàng)始人和CEO文凱博士，都是Yamamoto教授的博士生。

碩果累累 獲獎無數(shù)

由于Yamamoto教授的杰出工作，他也屢屢獲得了來自全球的贊譽(yù)和獎項。早在1985年，Yamamoto教授就因早期在相干光通信方面的工作而獲得日本電子、信息和通信工程師協(xié)會(IEICE)的成就獎。

1992年，因其在半導(dǎo)體激光器中壓縮態(tài)生成方面的開創(chuàng)性工作而獲得仁科紀(jì)念獎和卡爾蔡司研究獎。2000年獲得IEEE 的LEOS量子電子獎和松尾科學(xué)獎。2005年Yamamoto教授獲得了日本政府頒發(fā)的紫綬勛章，這是日本國內(nèi)在科學(xué)與文藝界的最高級獎項。2011年，Yamamoto教授因在量子點(diǎn)產(chǎn)生單光子方面的開創(chuàng)性工作而獲得大川獎(The Okawa Prize)。

Yamamoto教授獲得2022蘭姆獎

(圖片來源：NTT Research)

2022年1月13日，Yamamoto教授憑借在量子光學(xué)和量子信息處理方面的開創(chuàng)性貢獻(xiàn)榮獲2022蘭姆——激光科學(xué)和量子光學(xué)獎。蘭姆獎是量子科技界的頂級榮譽(yù)之一，由諾貝爾物理學(xué)獎獲得者、量子光學(xué)和量子電動力學(xué)領(lǐng)域的奠基人威利斯·蘭姆(Willis Lamb，Junior)于1998年設(shè)立。每年授予三名獲獎?wù)?。在量子計算業(yè)界比較活躍的科學(xué)家如潘建偉院士(2018年)、IonQ的聯(lián)合創(chuàng)始人Christopher Monroe(2020年)等都曾經(jīng)獲得過蘭姆獎。

盡管著作等身，屢獲殊榮，年逾七旬的Yamamoto教授依然保持著他的勤奮與謙虛，他目前還在帶領(lǐng)著NTT Research PHI實(shí)驗室團(tuán)隊和CIM研究聯(lián)盟，繼續(xù)在CIM和腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域繼續(xù)著跨學(xué)科的前沿研究工作。(文/王衍，編譯/王衍、李每)

文章轉(zhuǎn)載來源：量子前哨

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