对话陈仙辉院士，深入探讨“中国学科及前沿领域2035发展战略丛书”中提及的前沿领域，揭示其所在领域的最新研究成果、面临的机遇与挑战，以及对2035年领域发展的战略展望。

    问：请您谈一谈编写《中国量子物质与应用2035发展战略》的初衷。

    陈仙辉：我们大家都知道，人类社会的发展尤其是科技文明的发展，是跟物质密切相关的。像远古时期，石器起了巨大的作用；然后有青铜、钢铁。到现代，支撑当前信息社会发展的物质是硅。由于基于硅的信息技术的发展，人们甚至担忧未来会不会出现硅基生命跟我们碳基生命竞争的问题。

    但是，现在这种以硅基材料作为支撑的信息技术在能耗方面已经面临一道不可逾越的鸿沟。比如目前ChatGPT每天的耗电量达到美国家庭平均用电量的1.7万倍，他们的CEO萨姆·奥特曼也说“人工智能行业正面临能源危机”。所以信息技术的发展，除了我们通常所讲的芯片制造技术这样的制造瓶颈外，还有速度瓶颈和功耗瓶颈。

因此，我们希望发展出像硅基这样能够开展高性能计算，制造瓶颈没有这么严重，速度能提升，能耗又低的支撑材料体系。那么我个人认为这种支撑下一代信息技术的材料很可能就是量子材料。因为在量子材料里面发现的宏观量子效应，如果能作为计算应用的话，它的能耗一定远远低于现在。也就是说，量子材料有可能成为在硅之后支撑人类文明发展的材料。

量子材料这个概念始于20世纪80年代两个伟大的发现：（分数）量子霍尔效应和铜氧化物高温超导。这些发现在物理上提出了两个新的概念。其中一个是拓扑：拓扑原本是个数学概念，但要解释量子霍尔效应，必须引入拓扑，也就是电子波的几何相位。原来材料中物态相变是用序参量、对称性破缺所刻画的；但是对称性破缺不能描述（分数）量子霍尔效应的物态变化，而要用拓扑序的概念，这就在传统物理研究的相变问题上有了一个新的拓展。另一个方向是在铜氧化物超导体发现以后，强关联的电子体系也成了研究的核心；这就突破了原来支撑固体物理的单电子的能带论或者是朗道-费米液体的理论框架，必须要扩展的多体物理理论才能解释这种复杂的物理体系。

在材料里观测到了拓扑和强关联等带来的丰富物理效应以后，我们就逐渐引申出了量子物质或者量子材料这个概念。从上世纪80年代到现在的30多年里面，在这种复杂物理体系里面又出现了很多物理现象。这促使我们要思考、总结这样一个复杂体系发展的现状，凝练出重大的科学问题并开展深入研究，预测其将来可能存在的应用，就是我们编这本书的原因。

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