30歲“天才”攜原子打造風洞，復旦科研揭高溫超導之謎

30歲，Science、Nature、Nature Physics，全職加入復旦大學物理學系并受聘相輝青年學者。

這是朱子杰帶著一份令同齡人羨慕的成績單回國時的狀態。但他自己在意的，不是那串期刊名，而是另一件事："我希望能在國內做出一個別人沒做過的事。"

他研究的領域，叫超冷原子量子模擬。簡單來說，就是把原子冷卻到接近絕對零度，讓它們的運動慢到幾乎靜止，再用激光束構成的"光晶格"把它們排列起來，形成一個人工可控的量子世界，用來模擬那些用經典計算機根本算不過來的物理問題。

他自己打過一個比方：研究飛機要吹風洞，不是硬算流體力學方程。他做的，就是為量子世界搭一個"風洞"。

一面"沒擦干凈的鏡子"，催生五篇頂刊論文

朱子杰本科就讀于北京大學物理學院，大二時加入量子電子學研究所，初次接觸玻色-愛因斯坦凝聚態研究。本科畢業后，他前往瑞士蘇黎世聯邦理工學院，師從Tilman Esslinger教授，專攻超冷原子光晶格實驗，完成了從碩士到博士的全部訓練。

2024年，他以第一作者身份在Science上發表了一項關于拓撲泵的研究，發現了非相互作用和相互作用拓撲邊界處量子化霍爾漂移的反轉現象。

這項成果的起點，是一次意外。

光晶格實驗對鏡子的反射率要求極高，必須接近100%才能保證實驗精度。然而，隔壁實驗室的一面鏡子因清潔不到位，反射率不足，研究人員意外發現原子出現了異常移動。朱子杰和團隊意識到這個"缺陷"背后藏著新物理，便故意調弱反射光，將這個"事故"變成了一套受控實驗。

就這樣，一面"臟鏡子"引發的系列研究，最終催生出一篇Science、一篇Nature Physics、兩篇Physical Review X，以及一篇即將在Nature見刊的成果。

即將發表的那篇，來自另一個"靈光一閃"的時刻。在研究光晶格中如何實現高保真雙量子比特門操作時，朱子杰想起了本科時調研過的一個概念：庫侖交換相互作用，一種比超交換更基礎、卻在超冷原子實驗中長期被忽視的相互作用機制。他提出從這個角度重新切入，整個課題組都沒人想到過這個方向，結果實驗獲得了更好的保真度和更強的抗干擾性。

"以前學過的東西，在未來的某一天真的用上了。"朱子杰事后這樣說。

他想回答一個困擾物理學界數十年的問題

2024年，還在博士階段的他以第一作者身份在Science上發表論文，研究發現了非相互作用和相互作用拓撲邊界處量子化霍爾漂移的反轉。這項工作的源頭，卻是一個“意外”。

科研之路從來不都是"靈光一閃"。朱子杰記憶最深的一次挫折，是實驗室里一臺外表正常的顯示器釋放出微弱的電磁干擾，導致原子信號在五分鐘內完全消失。整個團隊排查了整整一個月，才找到這個"隱形殺手"。

"理想狀態是設備正常，你有想法，改幾行代碼，實驗馬上出結果。"他說，"但更多時候，總會碰到各種意外，既可能是驚嚇，也可能是驚喜。"

2024年4月，朱子杰作為第一作者于Science發文

帶著這些積累，朱子杰選擇回國，加入復旦大學物理學系，同時受聘相輝研究院成為相輝青年學者。他看中的，是這里寬松的科研氛圍和相輝研究院提供的長周期不考核支持，"這對想做原創性探索的青年老師，是巨大的支持。"

他為自己設定的中短期目標，是一個困擾理論物理學界數十年的問題：費米子哈伯德模型的基態，究竟能不能描述高溫超導的本質？

2025年，朱子杰于實驗室調試光路

高溫超導材料的導電機制，至今沒有公認的完整理論解釋。哈伯德模型是目前最有希望的理論框架之一，但它的基態求解涉及指數級增長的計算量，經典計算機無力應對。朱子杰的思路，是引入數字化控制手段，用超冷原子量子模擬器直接逼近這個基態，讓實驗給出理論預測無法給出的答案。

2025年，哈佛大學Greiner實驗室和慕尼黑馬克斯·普朗克研究所分別在超冷原子哈伯德模型模擬上取得重要進展，將模擬溫度推入全新的低溫區間，并首次在費米子哈伯德模型中直接觀測到反鐵磁相變。這些進展證明，這條路是走得通的。

朱子杰與學生們的組會合影

朱子杰正在搭建自己的實驗室，從鋪設管道、增加隔間，到設備采購，一點一點把一間超凈實驗室變成那個"讓想法變成結果"的地方。他的辦公室白板上，已經寫滿了從哈伯德模型出發、延伸至量子化學、密碼學乃至AI應用的研究鏈路。

加入復旦后，朱子杰為自己做的“招生海報”

"如果能解決第一個問題，我希望可以沿著這條路繼續走下去。"他說，"要做的事情有很多，可以做的事情也有很多。"