在量子世界的微觀(guān)領(lǐng)域執(zhí)著深耕，于三尺講臺(tái)之上潛心育人——鄭州大學(xué)物理學(xué)院閆磊磊研究員，憑借卓越的科研成績(jī)與扎實(shí)的教學(xué)貢獻(xiàn)，榮獲鄭州大學(xué)2025年“十佳青年教師”稱(chēng)號(hào)。

閆磊磊在量子信息處理前沿領(lǐng)域持續(xù)突破，目前50余篇SCI論文在《Physical Review Letters》《Science Advances》等頂級(jí)期刊發(fā)表，其中3篇入選PRL編輯推薦論文，2篇入選PRL物理特色論文，研究成果被美國(guó)物理協(xié)會(huì)新聞期刊《Physics》專(zhuān)欄報(bào)道，并獲《Reviews of Modern Physics》重點(diǎn)引用評(píng)述，在國(guó)際學(xué)術(shù)舞臺(tái)屢創(chuàng)佳績(jī)；此外，更以國(guó)家優(yōu)青、省杰青等多項(xiàng)科研項(xiàng)目為依托，主持國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、區(qū)域聯(lián)合創(chuàng)新重點(diǎn)項(xiàng)目子課題等國(guó)家項(xiàng)目，悉心指導(dǎo)本科生發(fā)表多篇學(xué)術(shù)論文……，展現(xiàn)出強(qiáng)勁的學(xué)術(shù)實(shí)力。

從跨界求索者到學(xué)術(shù)引路人

高中畢業(yè)后，受數(shù)學(xué)老師影響，閆磊磊選擇就讀于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）數(shù)理學(xué)院數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)系。然而進(jìn)入大學(xué)后，他逐漸意識(shí)到自己更擅長(zhǎng)計(jì)算而非數(shù)學(xué)證明?！皵?shù)學(xué)側(cè)重于證明，偏向計(jì)算的物理更能凸顯我的長(zhǎng)項(xiàng)。”因此，閆磊磊利用閑暇時(shí)間旁聽(tīng)課程、自學(xué)教材，最終憑借對(duì)物理學(xué)科的熱愛(ài)以及有效的學(xué)習(xí)方法，于2012年考取中國(guó)科學(xué)院武漢物數(shù)所原子分子物理專(zhuān)業(yè)研究生。

“一個(gè)好的學(xué)習(xí)方法是達(dá)成目標(biāo)的關(guān)鍵要素。遇到不懂的問(wèn)題時(shí)，我會(huì)先與老師交流，確定方向后自己再深度思考，這樣問(wèn)題很快便能迎刃而解?！比缃褚咽遣┦可鷮?dǎo)師的閆磊磊，也致力于把這個(gè)學(xué)習(xí)方法教授給學(xué)生，助力他們更好地開(kāi)展學(xué)術(shù)研究。

2019年入職鄭州大學(xué)后，他迅速適應(yīng)新角色，將科研中錘煉的嚴(yán)謹(jǐn)思維與探索精神融入教學(xué)實(shí)踐，形成了“科研反哺教學(xué)”的育人模式。

在指導(dǎo)學(xué)生時(shí)，閆磊磊格外重視“入門(mén)”階段的引導(dǎo)。他會(huì)為學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)由淺入深、循序漸進(jìn)的科研任務(wù)序列?！暗谝粋€(gè)科研任務(wù)通常是幫助學(xué)生熟悉科研范式，”閆磊磊介紹道，“當(dāng)學(xué)生扎實(shí)完成第一個(gè)任務(wù)后，第二個(gè)、第三個(gè)任務(wù)的難度會(huì)逐步增加?！彼麍?jiān)信，在現(xiàn)代科研體系中，博士生的培養(yǎng)更注重“精”與“深”，只有在一個(gè)方向扎得足夠深才能產(chǎn)出成果。

除了對(duì)研究生的精細(xì)化培養(yǎng)，閆磊磊同樣注重本科教學(xué)。他主講的“數(shù)學(xué)物理方法”課程面向物理學(xué)院大二學(xué)生，在傳授數(shù)理知識(shí)之外，他注重點(diǎn)燃學(xué)生的科研熱情。在講解“留數(shù)定理”等重難點(diǎn)時(shí)，他通過(guò)列舉大量具體實(shí)例，展示其如何解決高等數(shù)學(xué)中棘手的反常積分，并進(jìn)一步與物理上的波函數(shù)、薛定諤方程結(jié)合，讓學(xué)生直觀(guān)感受到數(shù)學(xué)工具在物理研究中的靈活運(yùn)用。他向本科生科普物理學(xué)的頂級(jí)期刊、介紹自己團(tuán)隊(duì)的最新科研進(jìn)展?！拔蚁Ｍ麑W(xué)生能早點(diǎn)了解國(guó)際上學(xué)界在關(guān)心什么，前沿在哪里?！?/p>

除此之外，他積極鼓勵(lì)本科生提前進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。每年他的團(tuán)隊(duì)都會(huì)吸納5至8名本科生參與科研工作。對(duì)于表現(xiàn)優(yōu)異者，他會(huì)全力支持他們參加全國(guó)性學(xué)術(shù)競(jìng)賽。2024年，他團(tuán)隊(duì)中的常新樂(lè)等同學(xué)組成的參賽隊(duì)伍憑借出色表現(xiàn)斬獲了全國(guó)大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽一等獎(jiǎng)，2025年團(tuán)隊(duì)中的蔣勤博等同學(xué)組成的參賽隊(duì)伍再次斬獲全國(guó)大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽一等獎(jiǎng)。

從考研學(xué)子到獨(dú)當(dāng)一面的博士生導(dǎo)師，閆磊磊深知在學(xué)術(shù)道路上引路人的重要性。如今，他成了學(xué)生的引路人。“我欣賞那種‘方向正確又肯努力’的學(xué)生，致力于為這些‘好苗子’創(chuàng)造最好的成長(zhǎng)環(huán)境?！遍Z磊磊說(shuō)道。

深耕不輟，量子世界探新知

教學(xué)上的傾情投入，與閆磊磊在科研海洋中的探索步伐相伴而行，相得益彰。他的主要研究方向是超冷原子離子的量子信息處理，這是一個(gè)在量子計(jì)算、量子模擬和精密測(cè)量等領(lǐng)域具有巨大潛力的前沿方向。

在物理學(xué)院和“中原之光”實(shí)驗(yàn)室等平臺(tái)的大力支持下，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)一路攻堅(jiān)克難，先后建成了多個(gè)囚禁離子實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并在2024年產(chǎn)出一項(xiàng)重磅成果。團(tuán)隊(duì)以鄭州大學(xué)為第一單位，在《物理評(píng)論快報(bào)》上發(fā)表關(guān)于“麥克斯韋妖調(diào)控非平衡漲落定理”的研究論文?！胞溈怂鬼f妖”是物理學(xué)史上一個(gè)較為經(jīng)典的悖論：假想一個(gè)能探測(cè)并控制單個(gè)分子運(yùn)動(dòng)的“妖精”，無(wú)需消耗能量，就能讓系統(tǒng)的一邊變熱、另一邊變冷。

閆磊磊團(tuán)隊(duì)的突破點(diǎn)在于首次在真實(shí)的量子系統(tǒng)中，用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了一個(gè)包含“耗散信息”的新型漲落定理。他用一個(gè)生動(dòng)的比喻解釋道：“這就像我們團(tuán)隊(duì)的‘麥克斯韋妖’，不僅聰明地測(cè)量了離子的狀態(tài)，還成功地將這些‘信息’轉(zhuǎn)化成了實(shí)實(shí)在在的‘功’輸出，并把‘功’儲(chǔ)存了起來(lái)，我們首次在實(shí)驗(yàn)上觀(guān)測(cè)到了這個(gè)過(guò)程，并驗(yàn)證了其背后更精確的熱力學(xué)不等式?！?/p>

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)利用單個(gè)超冷鈣-40離子搭建了精密的量子模擬平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)在于對(duì)“耗散”的精確控制以及實(shí)現(xiàn)“信息到能量”的高效轉(zhuǎn)換。面對(duì)挑戰(zhàn)，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地采用“輔助能級(jí)”結(jié)合激光調(diào)控技術(shù)來(lái)操控耗散，并利用激光的“紅藍(lán)邊帶”精確耦合離子的自旋與振動(dòng)，最終成功觀(guān)測(cè)到信息的功轉(zhuǎn)化。選擇從“麥克斯韋妖”這一經(jīng)典模型切入，是因?yàn)樗麄儾粷M(mǎn)足于研究信息的操作，更希望實(shí)現(xiàn)完整的“信息－功”循環(huán)，而他們?cè)O(shè)計(jì)的“西拉德機(jī)控制協(xié)議”正好能做到這一點(diǎn)，從而獲得了更全面、更深刻的研究結(jié)論。

展望未來(lái)，閆磊磊為團(tuán)隊(duì)規(guī)劃了清晰的雙線(xiàn)發(fā)展戰(zhàn)略：一是“少而精”，致力于將單個(gè)離子的操控精度推向極致，應(yīng)用于精密測(cè)量，研發(fā)測(cè)量電場(chǎng)、磁場(chǎng)等物理量的尖端器件，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用；二是“多而廣”，努力將囚禁的離子數(shù)目規(guī)模做大，開(kāi)展多體量子物理、量子模擬與量子計(jì)算研究，在量子科技的前沿領(lǐng)域爭(zhēng)奪話(huà)語(yǔ)權(quán)。

如果把量子世界比作一座藏滿(mǎn)奧秘的精密迷宮，閆磊磊既是解鎖熱力學(xué)深層密碼的探索者，也是三尺講臺(tái)上為學(xué)生鋪設(shè)通往迷宮階梯的領(lǐng)航人。如今，他不僅帶著團(tuán)隊(duì)在迷宮中開(kāi)辟新徑，更把探索的智慧與方法傾囊相授，讓學(xué)生們既能手握科研羅盤(pán)找準(zhǔn)方向，又能憑借扎實(shí)積累勇闖未知，在量子世界的探索與傳承中，書(shū)寫(xiě)科研與育人的雙重精彩。（蔡子慧 嚴(yán)靜然 撰稿）

閆磊磊研究員