今年1月，中国科学院、中国工程院评选的“2024年中国/世界十大科技进展新闻”中，杜灵杰团队领衔的“我国科学家在世界上首次观察到凝聚态物质中的引力子模进展”入选。这是继2019年观测到激子分数量子霍尔效应后杜灵杰团队又一引起世界关注的重大科研突破，标志着世界范围内首次在真实系统中观察到具有引力子特征的准粒子。这一重大发现，对理解全新的关联量子物理以及实现拓扑量子计算机的运行有至关重要的意义。

杜灵杰在两院院士评选2024年中国/世界十大科技进展新闻发布会上领奖

　　关于世界，物理学会给出答案

　　1986年出生于江苏镇江的杜灵杰是“生在春风里，长在红旗下”的标准80后。童年时期，杜灵杰赶上了改革开放的浪潮，各种新奇物件涌入中国；90年代，互联网的浪潮席卷全球，迈过千禧年的门槛，通过互联网，杜灵杰看到了一个丰富多彩的世界，同时更激发了他强烈的好奇心和探索欲。宇宙为什么是黑色的？物质都是由什么组成的？电脑里那么小的晶体管为什么能做那么复杂的运算？一个又一个问号浮现在杜灵杰的脑海中，他对于世界的好奇，都指向了一个解答方式——物理学。

　　物理学领域，最为神秘也是最吸引杜灵杰的，莫过于量子物理学。2008年，杜灵杰在南京大学理科强化部本科毕业后，顺利保送南京大学物理学院攻读硕士研究生学位，并选择了当时比较冷门的量子物理学作为研究方向。彼时，量子物理学对于整个社会而言是十分陌生的概念，甚至被贴上了“没什么用”的标签，而杜灵杰却不这么认为。

　　他说，量子物理学最终也许可以解释世界的存在，而且随着我们对量子物理学的探究，它们已经深度参与到科研甚至日常生活中。如铌酸锂人工超晶格通过量子物态调控，可以制备新型高性能激光器，并且在量子通信方面有着重要意义。再比如2023年10月，我国自主研发的量子计算机“九章三号”刷新了光量子信息的技术水平和“量子计算优越性”的世界纪录。量子物理学为提升人类科技水平的深度与广度提供了广阔的想象空间和技术支撑。

　　时至今日，杜灵杰仍然能够清晰回忆起自己完成“第一个”量子科研项目的激动心情。2010年1月中旬的一天，凌晨3点仍在阅读文献的杜灵杰，受到启发想到：爱因斯坦曾提出的AB系数理论是产生激光的理论基础，而在量子环境中，该理论可能会有不同的结果。

　　基于此，杜灵杰开始进行理论研究，他建立了量子噪音环境下的Landau-Zener-Stückelberg(LZS)干涉理论，发现利用LZS干涉，即使是两能级，也能通过量子噪音产生粒子数反转。此后，这一理论研究结果发表在物理学国际著名期刊上。这一研究成果证明了AB系数理论不适用于量子噪音环境，为基于两能级人工系统的新型激光研究奠定了理论基础。

　　海外求学，回国报效是初心更是理想

　　2011年，杜灵杰顺利获得美国莱斯大学全额奖学金，出国攻读物理学博士学位，基于半导体系统从事电子输运的实验研究，此后又进入哥伦比亚大学从事博士后研究工作，并开始尝试全新的方向——开展分数量子霍尔效应中光学实验的研究工作，他再次在量子世界中进行新的求索。

　　2019年，杜灵杰在分数量子霍尔效应中观察到了一种新的集体激发，这一成果被科研界认为可能是分数量子霍尔引力子存在的证据。分数量子霍尔引力子在实验上表现为自旋2的低能模式集体激发，所以也被称为引力子模或引力子激发，可以理解为两维空间中的有质量引力子，其行为规律与四维时空中的无质量引力子有很多相似之处，而且都极难观察。它们像是倒映在量子世界一汪大海中的那轮明月，杜灵杰则要成为将这个量子世界中的“水中月”具象化的人。此后，寻找分数量子霍尔引力子成为杜灵杰的科研“小目标”。

　　同年，结束博士后研究工作的杜灵杰回到母校南京大学开始半导体领域的相关研究工作。彼时，中国在该领域仍与发达国家存在差距，且随着中美关系的变化，芯片领域“卡脖子”现象十分频繁。除了量子物理基础研究，利用自己的所学让我国在芯片制造领域突破“卡脖子”，也是杜灵杰给自己设置的报国志向，直到现在他仍然在这个方向上默默推进。

　　由于杜灵杰在求学期间的突出成就，他回国时曾引起很多人关注。他说，我从出国的那一刻到回到祖国时，初心都不曾改变，就是要学成归来报效祖国，在我所从事的研究领域，让我国的相关科研水平发展甚至领先，对于留学报国这件事，我没有一丝犹豫，正如父亲一直告诫我的“祖国培养的你，你学成后要回来成为一名科学家，帮助中国发展科技”。

　　潜心科研，物理学不会辜负所有的付出

　　引力子和引力波对应，引力波目前已经被证实，而引力子的存在一直处于理论中，在此之前从未被实验观察到。在2024年，杜灵杰团队利用在南京大学搭建的观测装置，在砷化镓半导体量子阱中观察到了分数量子霍尔引力子，并分别从自旋、动能、能量三个角度确认了相关实验数据。这是自20世纪30年代引力子概念被提出以来首次在实验中观测到具有引力子特征的准粒子，对量子领域的研究意义重大。

杜灵杰与团队人员开会探讨实验方向

　　回想起这次发现过程的种种艰辛，杜灵杰用“一波三折”来形容。

　　杜灵杰团队面临的第一个挑战就是观测设施的问题。由于分数量子霍尔效应观测条件极为苛刻，观测设施需要满足比地球磁场高出10万倍的磁场强度以及比绝对零度高0.05摄氏度的严苛温控条件。同时，观测设施还需要拥有极其敏感的感光条件。

　　为此，杜灵杰带领团队在南京大学历时三年自主研发搭建了一台两层楼高的极低温强磁场共振非弹性偏振光散射系统。

　　然而，即便有“利器在手”，量子世界的探索仍旧举步维艰。开始实验的前4个月，杜灵杰及其团队一无所获。每当此时，他都会安慰团队成员，“耐心点、沉下心”。历经重重困难后，在海量数据中，杜灵杰终于发现了引力子激发的微弱信号。团队十分兴奋，他们迅速将观测结果形成论文并向世界知名学术研究杂志《自然》投稿，没想到却因为“证据不足”被退回。

　　接连的打击没有让杜灵杰丧失信心，他心里想的是一定要搞清楚实验上到底观察到了什么。曾经很多人问起他，如果这次实验最后没有达到预期目标，你多年来的努力是“一场空”怎么办？他都笑着说，“不会的，科学是面向未知的探索，而我们已经观察到了新的实验现象，其背后一定有着新的物理。而揭示新的物理从来都是重要的事情，物理学不会辜负我们的付出。”

杜灵杰与团队人员分析实验数据

　　严苛的实验条件以及被退回的论文反而燃起了杜灵杰求证探索的决心。如果失败，那也是成功排除了一个错误选项，坚持下去总会成功。秉承着这样的信念，杜灵杰带领团队不断“试错”，每一步都更接近成功。

　　2024年1月，杜灵杰终于搜集到了足够的证据，充分证明了分数量子霍尔引力子的观测结果，并将观测结果发表在3月的《自然》杂志上，这是世界上首次观察到引力子在凝聚态物质中对应的准粒子。

　　现如今，除了科技工作者、教育工作者之外，杜灵杰还同时身兼多个社会职务。2025年1月，杜灵杰当选为南京大学欧美同学会副会长。他说，我出国求学的初心是开阔视野、增长见识、学习技能、留学报国，希望依托南京大学欧美同学会的组织优势和平台势能，为更多像我一样的学长、学子找到人生方向，报效祖国。