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编者按

2014年7月,东南大学物理系教授薛鹏所在课题组的评议,曾导致几位国际学术“大牛”发表在《物理评论快报》的论文被撤稿。时隔不到一年,薛鹏课题组关于光在量子行走中的动力学演化这一相同研究方向上的重要进展,又被发表在最新出版的《物理评论快报》上。

 

这一多少有些戏剧性的科学事件让我们看到,学术期刊上关于不同学术观点的争论时有发生,但它往往会对学科发展起到促进作用。求是、求真是科学研究的基本原则,科学工作者应敢于维护同行评议制度的公平性,对学术“大牛”的文章更不能毫无原则地盲从。

 

薛鹏(东南大学物理系教授)

 

2014年12月27日,《赛先生》刊发了我们课题组如何发现并指出一篇2014年3月底发表于国际顶级学术期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)的论文中出现的错误,并最终导致编辑部于2014年7月初做出撤稿决定的经历。

 

当时,课题组之所以能够发现该论文中已经逃过同行评议的错误,是因为我们正在开展一项类似的实验,利用线性光学系统实现量子行走,并通过特定的演化过程观测量子行走中的局域化和周期性等量子特性。在做实验的准备工作时,通过前期调研,我们发现了这篇论文中描述的实验装置和我们的很相像,唯一不同的是我们的演化过程采取了依赖于时间的硬币旋转操作,而对方则采取固定不变的旋转。但是,他们却神乎其技地观测到了拓扑结构变化的现象,这点在我们看来是绝对不可能的。因为在此之前,我们已经考虑过多种方法实现量子行走中的拓扑相变,而这种方法早就被证明原理上不可行而被我们弃之不用。

 

之后经过反复研讨及理论验证,我们最终发现只利用控制硬币的旋转操作是无法改变量子行走体系的拓扑结构,即便是能够观测到局域化等现象,也是因为这种操作等价于位置空间的缺陷产生势阱,从而导致类似于安德森局域化的现象,而并非当拓扑结构发生变化的时候会出现具有局域化特性的拓扑边界态。因此,我们放弃了利用这套实验装置实现对量子行走中拓扑相变进行观测的想法,而是另辟蹊径,通过精确调节硬币抛掷的参数,首次观测到量子行走中光信息的传播扩散与恢复现象。最新一期的《物理评论快报》[Physical Review Letters 114, 140502 (2015)](编者注:可点击文末“阅读原文”查看)发表了这一项关于光在量子行走中的动力学演化研究的重要进展。

 

量子行走在量子信息中有着广泛的应用,例如利用量子行走开发的针对无序数据库的搜寻算法,正是因为其优于经典的特性,导致携带信息的量子态的扩散速度与经典相比有二次方式的增长。因此在人们的普遍认识中,ballistic spreading才是量子行走的特性并加以利用。而随着我们课题组对量子行走在理论和实验方面的深入研究,逐渐认识到其可控的自由度之多——例如量子行走者和量子硬币,并对位置、位相、演化时间等条件逐一加以控制操作,发现通过依赖于演化时间的硬币抛掷操作,只要选择合适的抛掷参数,携带信息的量子行走者和量子硬币的态可以在任意的偶数演化时间后恢复至初始状态,而在此之前,态依然遵从量子行走的扩散规律。

 

我们课题组利用参量下转换产生的标记单光子的空间模式作为量子行走者,偏振作为硬币,实现了在由光束偏移器构建的部分级联的干涉仪中十六次演化,连续两次观测到了周期为八的量子行走恢复现象。实验中涉及到的利用三明治式波片组实现依赖于演化时间的硬币抛掷操作及具有极高干涉可见度的十五级的部分级联干涉仪,均为该实验的创新点和技术难点。除此,十六步的演化也开创了单光子量子行走迄今为止的最长演化纪录。

 

这一理论的提出及实验的验证颠覆了人们以前对量子行走的认识,并为量子行走在量子信息中的应用提供了新的方向,为理解基于量子力学的动力学演化的基本现象提供了新的视角和思路。

 

学术期刊上关于不同学术观点的争论其实是很平常的事情。在《赛先生》刊发关于我们的评议导致其他学者的论文撤稿的报道之后,也随之出现很多不同的声音,其中不乏对我们的初衷的怀疑之声。当时之所以把事情经过写下来,并不是想要利用别人的错误为自己沽名钓誉,而是有几点思考想与大家分享。

 

首先,正确对待实验失败与负面结果。从他人或者自己曾经的失败中总结原因,不要害怕结果与预期不符,也不要纠结于失败本身。任何一个探索性的研究都是有很多种途径,失败就排除了其中一种,更便于你找到正确的途径。要开阔思路,另辟蹊径,也许就能迎来一片海阔天空。

 

其次,正视同行评议的漏洞及避免对学术“大牛”的盲从。同行评议制度本身无可厚非,但制度是由人来执行的。随着全世界范围的科研工作者队伍的壮大,期刊编辑需要处理的稿件数目与日俱增,对于审稿人的筛选问题,对于不良审稿人的约束问题等,都逐渐显现出来。尽管所有的学术期刊都在为此做着改进和提高,但是人为疏忽在现阶段在所难免。所以不管是编辑、审稿人还是读者,都莫忘从事科研工作的初心,自觉维护同行评议制度的公平性,同时,对学术“大牛”的文章也不能毫无原则的盲从。

 

再次,也是最重要的一点,坚守科研诚信与学术道德。正如我一再强调科研探索的道路上犯错是难免的,学术争议也时有发生,而且争议往往会对学科发展起到促进作用。但是有些情况下的错误却并不单纯,此时,不去一味姑息而是究其原因,不仅是对当事人负责,也能起到对其他科研工作者警醒的作用。例如在被撤稿的文章中,实际上应该是遵从ballistic式的粒子分布,但由于理论模型错误,数值计算却得到粒子的几率分布出现强的局域化,进而在不加以分析的情况下,就将本来根本不存在的局域化,解释为拓扑结构变化时产生的拓扑边界态的特征。到此,该论文已经是漏洞百出。而接下来更匪夷所思的是,实验结果却观测到了由于理论错误导致的本来根本不存在的局域性。当然,我们不能依此就判断这其中存在学术不端行为,而宁愿相信只是无意中的一错再错。然而即便是无心之失,也并非不可避免,如果遵照科研规范,秉持严谨求实的态度,对方是不可能发现不了如此明显的错误。总之,求是、求真是科学研究的基本原则,遵守科研诚信和学术道德是科技工作者的做人底线和良知。

 

延伸阅读:

关于作者文中所述撤稿经过,可回复文章编号“204”,提取阅读2014年12月27日《赛先生》刊发的《中国科学家如何致国际“大牛”从顶级刊物撤稿?》全文。

 


 

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