物理学物理研究所物理研究实习生实习报告

物理学物理研究所物理研究实习生实习报告一、摘要

2023年7月1日至2023年8月31日，我在物理学物理研究所担任物理研究实习生，岗位名称为实验助理。核心工作成果包括完成量子计算模拟实验12次，累计运行模拟程序240小时，优化实验参数使误差率降低至3.2%，并独立撰写实验报告5份。专业技能应用方面，熟练运用MATLAB进行数据分析，通过改进数据处理算法，将数据处理效率提升40%；使用Python编写自动化脚本，实现了实验数据的实时采集与传输。提炼出的可复用方法论包括：建立标准化的实验流程模板，减少重复操作时间；采用蒙特卡洛方法进行误差分析，确保实验结果的可靠性。

二、实习内容及过程

2023年7月1日到8月31日，我在物理学物理研究所实习，岗位是实验助理。实习目标是接触前沿物理实验，提升动手能力和数据分析水平。研究所主要研究量子信息与凝聚态物理，有超导量子比特和拓扑材料两个实验室，设备先进但操作要求高。

我的实习内容分两部分。前期参与超导量子比特退相干实验，学习如何搭建低温系统，调整门控参数。7月10号到15号，跟着师兄做实验，发现初始状态下量子态保真度只有65%，远低于预期。我们排查了微波脉冲序列和制冷机温度波动，发现是脉冲序列时序误差导致，调整后保真度提升到89%。这个过程中我用了量子计算模拟软件Qiskit，通过改变单个脉冲的相位和幅度，找到最优控制参数。

后期转向拓扑材料输运特性测量，8月1号开始独立操作磁控溅射设备制备样品。8月8号遇到问题，霍尔效应测量结果出现系统偏差，数据曲线不是预期的线性关系。排查了样品厚度均匀性和电极接触电阻，意识到是溅射速率不稳定导致，重新校准了设备参数，重新制备的样品测量结果Rxy/Rxx比值稳定在1.2左右，符合理论预期。这个阶段我大量使用MATLAB处理数据，编了脚本自动拟合多项式，效率比手动高不少。

实习中最大的挑战是实验环境对精度要求极高，微小的操作失误可能导致结果失效。比如低温系统温度波动超过0.01K就需要重启，我一开始总掌握不好，师兄教我记操作日志，每次调整后记录时间温度和具体动作，慢慢就适应了。另一个难点是数据处理，量子态保真度计算涉及密度矩阵运算，我自学了Python的NumPy库，用矩阵分解方法加速计算。

实习成果有5份完整实验报告，包括超导量子比特退相干实验的详细参数优化记录，以及拓扑材料霍尔效应测量的数据集。最让我满意的是独立完成的样品制备，最终样品的电阻率测量重复性误差小于5%。

这次经历让我意识到，物理实验不是照搬手册，而是要结合理论灵活应变。比如霍尔效应测量，理论上Rxy/Rxx比值反映拓扑invariant，但实际测量必须排除杂质散射影响，需要通过调节磁场梯度来校正。这种知识在实践中才能真正理解。职业规划上，我更想往量子计算方向发展，但这次实习让我明白，扎实的凝聚态物理实验基础同样重要，打算下学期补学相关课程。

实习单位管理上，感觉新人培训偏理论，缺少一对一指导，我有些跟不上进度。建议增加每周固定实验技术分享会，让资深研究员带新人熟悉常用设备。岗位匹配度方面，我原本以为会做更多编程工作，实际动手操作时间占比70%，如果提前知道这点，我可以更早准备实验安全知识。

三、总结与体会

2023年8月31日结束的这8周实习，让我对物理学研究有了更立体认知。实习价值在于把书本上的麦克斯韦方程组和量子力学原理，真真切切用在了超导量子比特的退相干实验里。记得7月12号调试门控脉冲时，量子态保真度始终在70%左右徘徊，师兄让我用Qiskit模拟脉冲序列影响，我花了3天跑满参数空间，最终把保真度提到89%，这个过程中学到的参数优化方法，直接用在了后续霍尔效应样品的制备中。实验记录本里密密麻麻的数据，每一组都印证了理论，这种闭环的成就感，比单纯听课强太多。

实习也让我职业规划更清晰。原本觉得量子计算是未来方向，但接触低温系统后，发现凝聚态物理实验同样迷人。特别是8月15号独立完成拓扑材料样品溅射，虽然过程曲折，但看到霍尔效应数据符合理论预期时，突然意识到自己真正喜欢的是探索未知材料中的物理现象。这种认知转变比预想的早。下学期我打算补修《拓扑绝缘体物理》课程，并争取考取材料表征分析相关证书，为以后走材料研究铺路。

行业趋势上，量子计算和拓扑材料最近几年热度很高，但研究所里超导量子比特实验仍面临噪声抑制难题，而拓扑材料的实用化路径也尚未完全明确。这让我明白，前沿研究往往需要反复试错。8月28号导师让我整理实验报告时，他说现在很多高校实验室也在搞设备国产化替代，但精度和稳定性仍落后，这提醒我未来要关注实验技术和产业结合。

心态上最大的变化是责任感。以前做实验觉得失败了换一组数据就行，但实习中明白，每一个参数调整都可能影响结果，甚至波及整个实验体系。8月10号制冷机温度突然跳变0.03K，我立刻上报并协助重启系统，导师夸我反应快，其实只是平时操作多了培养出的直觉。这种从学生到职场人的转变，让我更敬畏科研，也更期待未来能独立承担项目。接下来我会把实习中写的数据处理脚本优化成通用模板，争取在GitHub上开源，也算是对这段经历的最好纪念。

四、致谢

感谢物理学物理研究所提供实习平台，让我有机会接触前沿实验。特别感谢我的导师，在超导量子比特退相干实验和霍尔效应测量中给予指导，耐心解答我的疑问，尤其是在7月15号我反复调试脉冲序列失败时，