30位30歲以下科學之星：教計算機模擬自然現象

一年一度的林道諾貝爾獎獲得者大會將眾多科學精英匯聚到德國康斯坦茨湖畔。每年夏天在林道，數十位諾貝爾獎得主與來自世界各地的數百名青年研究人員交流思想。雖然諾貝爾獎獲得者是引人注目的名字，但年輕的隊伍本身也是一個成就卓著的群體。在今年以物理學為重點的會議召開之前，我們將介紹幾位30歲以下的有為的與會者。以下簡介是30篇系列文章中的第28篇。

姓名：喬納森·韋爾奇
年齡25
出生地：美國科羅拉多州
國籍：美國

目前職位：哈佛大學博士生
教育背景：西佛羅里達大學物理學理學學士

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您的研究領域是什麼？
目前，我致力於開發用於量子計算/模擬的演算法，通常側重於化學性質和動力學。

是什麼吸引您進入物理學，特別是進入該研究領域？
我一直渴望瞭解從原子到飛機的一切事物的內部運作原理。是什麼決定了支配其動力學的規則，這些規則如何才能被改變？我早期發現，理解一個困難的物理現象的最佳方法之一是嘗試設計一個模擬，以便在計算機上重現該效果。您必須告訴計算機如何執行過程的每一步，因此必須非常詳細地瞭解支配模擬動力學的基本機制是什麼。當人們轉向研究量子系統時，這需要一種完全不同的思考和視覺化問題的方式。新的獨特的量子效應是非直觀的，並且通常難以直接轉化為可以在您的家用計算機上程式設計的經典演算法。量子計算機有能力內在地處理這些不尋常的量子效應，因為量子計算機本身就是一個量子物體。這使其成為嘗試尋找經典計算機無法解決的物理學新問題的理想系統。

您認為10年後自己會在哪裡？
物理學有很多有趣的事情可以做，比如求解方程，告訴你對著桌面風扇說話時聽到的確切頻率失真。我們從小就都做過，但物理學可以告訴你為什麼，以及你期望聽到的確切內容。它可能不會告訴你如何製造一臺可用的量子計算機，但這仍然很有趣。這就是我學習物理的原因，為了享受解決各種問題的樂趣。我希望10年後，我仍然覺得世界像現在一樣迷人。就真正的難題而言，我的熱情將永遠是理解數學和自然之間緊密的聯絡。很少有事情能像發現大自然設計的一種新的物理系統那樣讓我興奮，這種系統具有計算高階數學運算的內在能力。大自然決定遵循數學……並且我們有幸瞥見如此驚人的結構，這真是太幸運了。

您的科學英雄是誰？
理查德·費曼可能是我最大的靈感來源之一，不是因為他對物理學的貢獻（至少可以說貢獻巨大），而是因為他對科學的態度。他的教學和演講方式清楚地表明，他從事物理學不是為了做出一些偉大的發現，而是因為他喜歡它，並想盡可能多地瞭解世界。他對物理學的熱愛是我以前不知道的，他讓我明白了真正理解一種現象而不是僅僅認識它意味著什麼。

除了物理學之外，您最喜歡哪些活動？
我喜歡彈鋼琴。從古典音樂到爵士樂，再到我最喜歡的節目的主題曲，什麼都彈。偶爾我會只是坐下來即興演奏來放鬆，甚至還偶爾會創作一些曲子。

您希望從今年的林道會議中獲得什麼？
參加林道會議將為我提供一個前所未有的機會，與來自世界各地的志同道合的人們會面。我期待著傾聽我們這個時代的偉大思想家討論他們的研究以及進行研究的方法。它還將為我提供一個機會，結識潛在的合作者並建立新的關係，這些關係可能會帶來新的想法，併為我提供更多方式來參與我對學習新事物的熱情。