向濤，中科院物理所量子計算中心主任。曾獲“國家自然科學”二等獎、“何梁何利基金”科學與技術進步獎、中國科學院先進工作者、“教育部自然科學”一等獎、中國物理學會葉企孫物理獎、人事部新世紀百千萬人才工程國家級人選、獲中國科學院杰出青年稱號、國務院政府特殊津貼、國家杰出青年科學基金。2013年當選中國科學院院士，2015年當選發展中國家科學院院士。
不懈探索 勇於突破
1986年，向濤完成了在清華園七年的求學，進入中科院理論物理研究所工作，師從蘇肇冰先生，開始攻讀凝聚態物理的博士學位。而這一年，銅氧化物高溫超導體被發現，轟動了世界，也成為向濤進入這個充滿挑戰領域的一個契機，開啟了他在高溫超導理論研究的三十多年征程。
1998年，向濤經過在牛津大學、華威大學、劍橋大學八年多的研究工作，回到中科院理論物理所工作，開始組建自己的研究團隊。剛回國時，國內與國外的研究條件和水平的差距還是很大的。如今回頭來看，向濤覺得當時選擇回國是一個很正確的事。回國工作的二十多年正是中國科技蓬勃發展的時期，能夠有機會投身於這股發展浪潮之中，成為中國復興道路上的一個親歷者和見証者，是極其自豪的事情。
高溫超導機理與張量重正化群的理論研究貫穿了向濤科研生涯的主線，這是兩個看似獨立，但又有很強內在聯系的兩個研究方向。高溫超導機理是物理學領域公認的一個世界難題，是多體量子理論研究方向的一塊“硬骨頭”，難啃的原因主要是不存在能解決這個問題的理論工具：其一，從解析計算的角度來看，高溫超導是一個強關聯系統，傳統的量子場論方法不適用。其二，從數值計算的角度來看，成熟的蒙特卡羅方法會出現所謂的“負概率”問題，計算結果低溫下變得不可靠。面對這些難題，向濤意識到，要解決高溫超導問題，就必須發展新的多體量子計算方法。
念念不忘，必有回響
向濤對張量重正化群理論的研究，是對1976年諾貝爾獎獲得者威爾遜提出的一種數值重正化群方法的改造。在牛津大學做博士后期間，他與合作者受威爾遜工作的啟發，提出了在重正化群運算時一次隻增加一個格點的標度變換技術。這一技術也是密度矩陣重正化群這種更精准、高效計算方法成功的兩項關鍵技術之一。密度矩陣重正化群在解決一維量子問題時獲得了巨大成功，但在向二維推廣時，卻受制於有線尺寸效應，使其應用范圍大幅受限，無法可靠地用於研究高溫超導等准二維量子系統。
如何用重正化群方法處理二維或更高維量子系統呢？這是向濤一直在思考的問題，也是他帶領自己的團隊在張量重正化群裡從一個台階邁向另一個台階的動力。他們提出了基於虛時演化的糾纏平均場方法和二次重正化群方法，成為近十年來發展的同類方法中最精確有效的方法，在二維量子模型的研究中得到廣泛應用。他們提出了基於高階奇異值分解的張量重正化群方法，解決了重正化群計算應用到三維系統的主要困難。在此基礎上，發現了一類由對稱性部分破缺導致的相變現象，並把計算三維伊辛模型相變溫度的精度提高了三個量級，成為張量重正化群研究的標志性成果。這些工作，也為他們在量子自旋液體這個多體量子基本問題的研究上取得突破奠定了基礎。
自1988年開始，關於Kagome反鐵磁系統是否是一個量子自旋液體的問題一直備受爭議。事實上，在向濤團隊開始著手發展張量重正化群方法時，就把解決Kagome反鐵磁系統的量子自旋液體問題作為一個標杆性的目標。2008年，他們開始深入研究，試圖解決這個問題，但很快就發現所得的結果不收斂，物理上沒意義。接下來的幾年，他們嘗試了許多不同的做法，也沒有找到失敗的原因。2012年底終於出現了轉機，他的博士生秦明普在做計算模擬時偶然發現，在這個系統中，張量在求和收縮時會出現大數相消，造成信噪比嚴重下降。知道了原因，向濤和他的另外兩位博士生謝志遠和陳靖，很快找到了解決的方法。他們提出了一種新的基於糾纏單形態的張量網絡波函數，大幅提升了對於強量子或幾何阻挫波函數結構的認識。隨后，他的博士后廖海軍及合作者對這個問題做了系統和深入的研究，解決了這個長期爭議的問題。
聚沙成塔，跬步千裡
高溫超導機理的研究很難取得成果，但向濤從未放棄對這個問題的研究。在銅氧化物高溫超導研究中，向濤曾經在高溫超導層間動力學方面做出突出貢獻。十多年前，他與合作者最早發現並預言鐵基超導體中存在由砷或硒傳遞的反鐵磁超交換作用，並且這種相互作用是導致鐵基超導電子配對的主要原因。此預言隨后得到中子散射等大量實驗的驗証和支持，說明關聯效應在鐵基超導電子配對中起了關鍵作用，揭示了鐵基超導中磁相互作用的微觀起源。在此基礎上，他們預言碲化鐵中存在一種雙共線反鐵磁長程序，很快被美國橡樹林國家實驗室中子散射實驗所証實。隨后，他們又預言由鹼金屬元素插層所形成的三元鐵硒超導體的母體是反鐵磁半導體，並給出了在不同組分下的磁有序結構和電子結構，也被中子散射和角分辨光電子譜實驗結果所証實。
2017年，向濤作為負責人啟動了“關聯量子體系的新效應及調控”的國家重點研發計劃。計劃聯合國內相關理論、數值、實驗的中堅力量，其目標除了促進凝聚態物理學的發展外，還致力於發展新的功能器件和信息技術，服務於發展經濟、社會和國家安全方面的戰略需求。對向濤個人而言，更重要的是要通過項目實施，來培養和凝聚一支活躍並引領凝聚態物理前沿的國際一流的研究團隊，為國家科學事業的發展做一份貢獻。
