26歲博士生搭檔60歲師弟，一起發了篇重磅論文
文｜《中國科學報》記者 徐可瑩
年齡相差如此之大的論文署名組合確實少見：第一作者是今年26歲、臉上仍掛著稚氣的中國青年，第二作者則是金發飄飄、頗具藝術氣質的60歲老工程師。
近日，一篇圍繞“量子互聯網”的重磅論文在Science上線，主要作者正是來自美國賓夕法尼亞大學材料科學與工程系的博士生張亦馳和年長他近40歲的電氣與系統工程系博士生師弟Robert Broberg。
從左至右：張亦馳、通訊作者馮亮、Robert Broberg
這是一項史無前例的研究。張亦馳及Robert Broberg等人成功將量子網絡從實驗室引入商用光纖電纜中，并同時使用了當今互聯網所使用的相同互聯網協議 （IP），證明脆弱的量子信號也能夠在承載日常在線流量的同一基礎設施上運行。
該研究為量子互聯網的實用化指明了可行路徑，其兼容性降低了未來量子網絡部署的成本與復雜度，避免了重建全新網絡的高昂投入。
1 為量子信息裝上“火車頭”
埃爾溫·薛定諤（Erwin Schrodinger）創造了“量子糾纏”一詞，他曾將這一概念比作一只藏在盒子里的貓。假如盒蓋緊閉，且盒子內含有放射性物質，那么這只貓有可能活著，也可能死去。一種解釋是，這只貓既是活的，又是死的。唯有打開盒子，才能確認貓的真實狀態。
這一悖論也被稱作“薛定諤的貓”，幾十年來為物理學家津津樂道。哪怕是沒有物理學基礎的普通讀者，也能從中嗅出量子粒子的獨特性質——一旦被“開盒”測量，它們便會失去疊加與糾纏的特性。與此同時，傳遞環境中的噪聲也可能導致量子信號無法讀取。這使得量子網絡的擴展變得極其困難。
但相比傳統網絡，量子網絡具備安全性、傳輸效率高及抗干擾性等顯著優勢。于是，如何利用傳統網絡來解決量子信息傳遞問題，實現真正意義上的“量子互聯網”，便成了全世界很多科學家和工程師的研究目標。
為此，張亦馳所在的研究團隊開創性地提出了“火車式”傳輸策略。他們將量子信號與常規光信號綁定傳輸，令傳統信息擔任“火車頭”，負責牽引，完成路徑選擇與導航，而量子信息則作為“車廂”，攜帶信息同行。
因傳統信息能夠被測量，量子信息在整個傳遞過程中可以不被“開箱”，且整個系統能夠遵循現有的互聯網協議，實現與當前互聯網架構的無縫兼容。
為更好地實現“火車式”信號傳遞，研究團隊又自主研發了一款名為“Q芯片”的硅基集成芯片，用于協調經典光信號與量子光信號。它能將經典光信號與微弱量子信號整合打包，在商用光纖網絡中實現共傳。
“Q芯片”
“當時芯片上有個器件的功能指標我們一直沒達到。此前我們實驗室，包括我們學校都沒人做出來過，所以有4個多月時間，我都是在反復設計、改進、調試中度過的。”張亦馳回憶道。
但脫離實驗室，在現實環境中，信息傳遞還需面臨溫度變化、震動等問題，這些因素都會干擾光纖傳輸。針對這一問題，研究團隊進一步開發了糾錯方法，通過觀察傳統信號受到的干擾，來推算出量子信號需要做哪些補償。
應用測試在賓大校園內一條長達一公里的Verizon商用光纖上進行。測試結果顯示，該系統的量子信號傳輸保真度超過97%，有效克服了實驗室外的諸多不穩定因素。
目前，這一測試網絡僅連接了兩棟建筑，包含一臺服務器和一個節點，使用約一公里的光纖。研究團隊表示，如果要擴展網絡，只需制造更多芯片，將其接入城市現有的光纖網絡即可。
2 治好“強迫癥”的研究
這是張亦馳在博士期間的第二篇一作論文。最初的靈感來自他的“大齡”同學，也是前述論文的第二作者——六十多歲的電氣與系統工程系博士生Robert Broberg。
Robert曾在全球領先的網絡解決方案供應商思科公司任職，是一名出色的通信工程師，有長達38年的業界經驗，對互聯網了如指掌。
Robert Broberg 圖源：校官網
“Robert已經實現財富自由，讀博深造是他的自我追求。”張亦馳對這位年逾花甲的同學兼業界導師心生敬佩。而Robert在互聯網交叉方向上的許多真知灼見，也為張亦馳提供了很多研究靈感。
2023年10月前后，Robert向張亦馳的導師、賓夕法尼亞大學材料科學與工程系和電氣與系統工程系教授馮亮提出將傳統通信和量子通信結合起來的想法，同時給負責實驗的張亦馳推薦了很多相關論文。
逐一讀過文獻后，張亦馳腦中逐漸形成了能將量子信息和傳統信息巧妙結合起來的方法論——將他們“捆綁打包”傳遞，令傳統信息成為量子信息的“火車頭”，拉著它一起到達目的地。
當時，馮亮實驗室正好申請到了一個主題與量子互聯網相關的基金項目。結合此前看過的文獻，張亦馳向導師提出，將“火車頭”方法運用到量子互聯網的落地應用中，形成一個更加成熟的技術方案。導師馮亮和Robert都覺得這個想法可行，張亦馳便正式投入到這項研究中。
彼時，張亦馳的上一個項目已接近尾聲，那段經歷曾給他帶來不小的心理壓力。“那時候我有點‘強迫癥’，對細節摳得非常細。”他坦言，“小到一道芯片工序、一件儀器的擺放，即便無關實驗結果，我也會陷入無謂的較勁，內心對任何不完美都會產生強烈的排異感。”
更現實的壓力來自緊張的實驗資源。他需與他人輪換使用關鍵設備，時間有限，任務繁重，張亦馳經常從清晨忙到深夜，連寒假也用來搶測數據。“每次實驗都像打仗。時間緊迫，想面面俱到卻事與愿違，數據總不理想，那段時間非常焦慮。”
正是這樣的困境，讓張亦馳在新課題開始后，決心徹底調整自己的研究心態和方式。他意識到，自己必須從對細枝末節的過度執著中跳出來，將精力放在思考實驗的核心邏輯和科學問題上。
這一轉變，離不開馮亮的適時引導。在看到張亦馳因數據不理想而陷入自我否定和懷疑時，馮亮多次與他交流，勸他不要被完美主義綁架。
“馮老師告訴我，實驗室主要解決的是‘從零到一’的問題。對這類科學問題而言，最重要的是研究鏈路的完整性和研究目標的可實現性。倘若太執著于實驗細節，關注‘實驗效果是否達到100%完美’，反而做不好。”
這番話點醒了張亦馳。他開始學著區分“重要”和“次要”，不再在無關結果的細節上死磕，而是把時間用在思考系統架構和核心方案上。他主動為實驗設置“預期管理”，對可能出現問題的環節提前準備備用方案，不再強求一次完美。
“我逐漸接受了實驗本身的不確定性和不完美性，這反而讓我更能把握整體方向，效率也提高了不少。”
張亦馳在調試設備
“量子互聯網”是一個非常前沿的研究課題。據張亦馳了解，當時國際上也有其他研究團隊在做這個方向，搶占先機成了關鍵。研究思路上的優化，心態上的小“松綁”，加上日復一日的埋頭苦干，令張亦馳及研究團隊順利拔得頭籌，在全世界范圍內率先使用日常互聯網的通信協議，在商用光纖上成功傳輸量子信號。
2025年成了張亦馳的豐收之年。盡管經歷諸多不順，他的首篇論文最終還是發表在物理學領域的頂級期刊Physical Review X上，加上最新的Science成果，這位年輕的博士生已有兩篇頂刊論文在手。
“但畢業要求還沒有滿足，我還有最后一個項目要做。”張亦馳笑道。
3 長期主義的耕耘
張亦馳從不把自己定義為“尖子生”。高中時，他在物理競賽上花了不少精力，但遠未達到保送生的頂尖水平，最終通過高考統招進入北大物理學院。面對身邊眾多早已在競賽中嶄露頭角、直接保送的同學，張亦馳在大一階段一度感到壓力重重，尤其在數學基礎課程上頗為吃力。
但他始終堅信，努力可以彌補差距。面對起步時的困難，他沒有氣餒，而是投入更多時間鉆研專業知識，一步步夯實基礎。
憑借不懈的努力，張亦馳不僅順利跟上了課程進度，本科期間成績穩步提升，更在畢業時獲得了“北京大學優秀畢業生”稱號。
在張亦馳看來，自己從未刻意追求過頂尖，只是維持一種不疾不徐的從容節奏。這種節奏，讓他能夠擺脫“優績主義”的焦慮，不被排名所裹挾，從容地按照自己的步調踏實前行。
2021年進入賓夕法尼亞大學攻讀博士學位后，挑戰依然存在。
讀博前三年，張亦馳并未像部分同學那樣快速發表頂級論文，其間不時傳來本科同學已在頂級期刊上有所斬獲的消息。面對壓力，他選擇沉下心來，堅持自己認準的研究方向，相信扎實的積累終會迎來突破。
某種程度上，這也延續了他從容不迫的節奏哲學：不盲目追逐熱點，不因他人提速而自亂陣腳，而是專注長期價值，在關鍵處獲得成長。
這種不急于求成的長期主義科研觀，與導師馮亮的引導密不可分。在馮亮看來，扎實的專業基礎與獨立思考能力尤為重要。馮亮在實驗細節上給予學生充分自由，但對研究的頂層邏輯要求極為嚴格，強調必須在每個階段建立系統化的思考框架。
“馮老師要求學生在匯報時不能只講‘結果’，還要解釋‘為什么這樣做’以及‘接下來怎么做’。”正是這種既重根基又強調整體的培養方式，讓張亦馳學會了著眼長遠、抓住關鍵。
馮亮實驗室合影（張亦馳為前排左三，馮亮為后排左一）
回顧成長路上的關鍵階段，張亦馳深感選擇與堅持的重要性。讀博四年來，他不斷在科學研究中體會著思考與決策的分量。
對于未來，張亦馳希望能有機會走出象牙塔，去工業界看一看。“學術界追求的是‘從0到1’，但工業界擅長的是‘從1到100’，把理論轉化為真正影響世界的產品。”
張亦馳坦言，自己從本科到博士一直在學術體系中成長，雖然深度足夠，卻也渴望換一個環境，去體驗不同的研究節奏和問題視角。“工業界也有很多極具挑戰性的科研問題，尤其是在量子技術的落地方面，那種貼近現實、注重協同的氛圍很吸引我。”
在他看來，人生不止一種可能。在投身終身教職之前，更應該主動探索不同的道路，而此刻，正是他打開那扇門的最好時機。
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