浸大通讯

探索物理新方向：马冠聪博士应用拓扑概念于声波领域

2022年5月25日

数学界流行一个笑话：拓扑学家分不清甜甜圈和咖啡杯。

拓扑学是一个几何学概念，主要研究物体在扭动或弯曲等连续变化下维持不变的性质。在比喻中，尽管甜甜圈和咖啡杯的形状不同，但由于它们都有一个洞，所以在拓扑学的概念中，两者是相同的。拓扑学属于数学分支学科，在近数十年才被引入物理学领域，相关研究更曾获颁诺贝尔物理奬。

今天，物理学家纷纷使用拓扑概念，以崭新角度来研究物质，而物理系副教授马冠聪博士是其中之一，他正研究在声学系统中如何实现拓扑相（topological phases）。

拓展研究新领域

马博士从事基础物理的经典波现象研究，主要集中声波超材料和拓扑物理领域。他开展拓扑学相关的研究，全因他对未知事物的好奇心。

他表示：「世上有太多未为人知的东西，而我对这些未知的好奇心成为了我的推动力，驱使我一直研究下去。」他续说，在研究过程中能够不断学习新知识和发现新事物，令他乐在其中。

在拓扑物理的研究中，马博士希望能在声学系统中实现新型的拓扑相。他说：「拓扑相可在物理学的不同领域实现，包括电子、量子计算和经典声学系统。只要能够拆解不同物理系统中的拓扑概念，便能够以全新角度来理解物理现象。」

通过声学了解量子逻辑

一般而言，经典物理学涉及发生在大型或大范围的物理现象，如声波和人类可以观察到的事物，而量子力学则探讨肉眼看不见的微观事物，如原子和次原子粒子。各领域有其适用的定律，不过物理学家一直在寻找可应用于不同大小的理论。

马博士与研究团队透过运用理论和声学实验，展示拓扑概念为非厄米系统（non-Hermitian systems）提供更深入的见解。非厄米系统为物理理论模型，让研究人员将基础量子力学应用至特定的量子理论。研究结果已发表于权威国际期刊《科学》，为改善材料和装置的研究带来新方向。

最近，马博士率领浸大声波功能材料实验室的科研团队，实践声学态的非阿贝尔编织（Non-Abelian Braiding）。非阿贝尔编织是在量子计算中实现量子逻辑的重要一环，他们的研究有潜力推动声波导和光操纵的发展，研究结果已在著名期刊《自然—物理》发表。马博士说：「我们的研究显示，实现量子逻辑并非难事，我们用经典系统来试验，并观察到有趣的应用效果，就像一个装满新玩具的盒子，让我们探索如何装配新装置和实现新的声波操纵结构。」

物理界新星

马博士是优秀的年轻科学家，在香港科技大学获得物理博士学位后，于该校从事博士后研究，并在2018年加入浸大。他的研究论文曾发表于多份同行评审的国际学术期刊，成果获得认同。他曾获浸大颁发「2019-2020年杰出青年研究学者奖」，并在由中国科学技术协会主办、知社学术圈协办的2021中国新锐科技论坛暨2021中国十大新锐科技人物颁奖典礼中，荣获本年度「中国十大新锐科技人物」。

马博士少时已对自然现象深感兴趣，既会观察日常现象如云的形态，还学习太阳系中的天体，不断钻研自然界中的谜题，最后选择投身科研，专注物理研究。

即使兴趣变成职业，但马博士对未知事物的好奇心丝毫未减。他说：「物理研究带给我成就感和很多乐趣。至于我如何保持对科研的好奇心？世上总会有未知的事物有待我们发掘。」