今年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主之一Anton Zeilinger是中國(guó)量子信息與量子計(jì)算的領(lǐng)軍人物潘建偉在奧地利留學(xué)時(shí)期的博士生導(dǎo)師。為此，《知識(shí)分子》獨(dú)家訪談了潘建偉，請(qǐng)他解讀這次的諾獎(jiǎng)并對(duì)未來(lái)該領(lǐng)域的發(fā)展做出展望。
2022年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了 阿蘭·阿斯佩（Alain Aspect ）、約翰克勞瑟（John F. Clauser）、 安東·塞林格（Anton Zeilinger），“以表彰他們對(duì)糾纏光子進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，證明了對(duì)貝爾不等式的違反和開(kāi)創(chuàng)性的量子信息科學(xué)”。安東·塞林格對(duì)中國(guó)讀者來(lái)說(shuō)并不陌生，他就是中國(guó)量子信息和量子計(jì)算的領(lǐng)軍人物、中科院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)常務(wù)副校長(zhǎng)潘建偉在奧地利留學(xué)時(shí)期的博士生導(dǎo)師。
早在上世紀(jì)90年代后期，潘建偉就和導(dǎo)師塞林格一起開(kāi)始發(fā)展量子信息。之后，當(dāng)潘建偉回國(guó)后，更是帶領(lǐng)中國(guó)在量子信息和量子計(jì)算領(lǐng)域做出了一系列的成果，如“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星在2016年8月16日發(fā)射升空，2022年5月，中國(guó)“墨子號(hào)”實(shí)現(xiàn)1200公里地表量子態(tài)傳輸新紀(jì)錄。2020年12月4日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)宣布該校潘建偉等人成功構(gòu)建76個(gè)光子的量子計(jì)算原型機(jī)“九章”。
量子信息和量子計(jì)算，從當(dāng)初的冷門一舉成為這些年物理學(xué)界的大熱門，包括美國(guó)、歐洲一些國(guó)家也推出了量子信息和量子計(jì)算的國(guó)家級(jí)的規(guī)劃。在導(dǎo)師塞林格以及其他兩位量子信息的先驅(qū)獲得諾獎(jiǎng)之際，《知識(shí)分子》連線潘建偉，請(qǐng)他解讀這次的諾獎(jiǎng)并對(duì)未來(lái)該領(lǐng)域的發(fā)展做出展望。
《知識(shí)分子》：您的導(dǎo)師獲獎(jiǎng)，您有沒(méi)有在第一時(shí)間祝賀他？
潘建偉：我是第一時(shí)間給他打電話了，但是沒(méi)打通。因?yàn)樗@得了諾獎(jiǎng)嘛！可能現(xiàn)在比較忙在接受采訪。
《知識(shí)分子》：請(qǐng)您解釋一下，今年這三位科學(xué)家因做了什么樣的工作獲得諾獎(jiǎng)？如何評(píng)價(jià)他們的獲獎(jiǎng)？
潘建偉：在我們心目當(dāng)中，這三位科學(xué)家早就應(yīng)該獲獎(jiǎng)了。早在2010年的時(shí)候，他們就因?yàn)榱孔恿W(xué)非定域性的檢驗(yàn)和推動(dòng)了光量子信息處理，及一些前沿的奠基性的實(shí)驗(yàn)就已經(jīng)得到了沃爾夫獎(jiǎng)的肯定，但是后來(lái)一直沒(méi)有得到諾貝爾獎(jiǎng)。
這幾年，隨著我們整個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展，主要是包括有兩個(gè)重要的事件：一個(gè)是“墨子號(hào)”的發(fā)射，另一個(gè)是美國(guó)和中國(guó)的科學(xué)家都在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了量子計(jì)算的優(yōu)越性，大家回過(guò)頭來(lái)覺(jué)得先驅(qū)性的貢獻(xiàn)就顯得尤為重要，因?yàn)樗麄冎饕窍朕k法先產(chǎn)生糾纏，然后利用產(chǎn)生的糾纏來(lái)做相關(guān)的量子信息處理的實(shí)驗(yàn)。
其實(shí)，糾纏最早是由我們?nèi)A人科學(xué)家吳健雄在1950年代就制備出來(lái)了，然后制備出來(lái)之后，到了1960年代，貝爾提出了量子力學(xué)非定域性的檢驗(yàn)，檢驗(yàn)就是愛(ài)因斯坦所說(shuō)的一個(gè)遙遠(yuǎn)地點(diǎn)之間的兩個(gè)粒子之間的詭異互動(dòng)，他認(rèn)為這是不可能的。到了1980年代，克勞瑟當(dāng)時(shí)在伯克利做了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，后來(lái)阿斯佩把這個(gè)實(shí)驗(yàn)做得更精確了。
我的老師塞林格在1990年代不僅做了一些這方面的實(shí)驗(yàn)，更重要的是他用這方面的技術(shù)用來(lái)做量子隱形傳態(tài)。我當(dāng)時(shí)正好是參與了這方面的工作，這些工作直接推動(dòng)了量子信息領(lǐng)域的發(fā)展，所以它是從量子基礎(chǔ)到量子信息領(lǐng)域的一個(gè)相當(dāng)于聯(lián)絡(luò)作用的一個(gè)橋梁一樣的，這三位科學(xué)家在這過(guò)程當(dāng)中是起到了很重要的作用。
與此同時(shí)，今年，提出量子通信與量子計(jì)算理論方案的4位學(xué)者又得到了本年度的科學(xué)突破獎(jiǎng)。所以從這個(gè)角度來(lái)講，可能是整個(gè)學(xué)術(shù)界尤其物理學(xué)界慢慢地對(duì)這個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展認(rèn)識(shí)到了其價(jià)值和重要性，所以我覺(jué)得他們的得獎(jiǎng)是實(shí)至名歸的，在我看來(lái)是來(lái)得稍微晚一點(diǎn)。
《知識(shí)分子》：所以在您導(dǎo)師的獲獎(jiǎng)工作里面，您都做了哪些貢獻(xiàn)？
潘建偉：那里面提到的我導(dǎo)師的工作，除了他那篇理論文章之外，其他的有他名字的那四篇量子通信實(shí)驗(yàn)文章都有我的名字，我要么是第一作者，要么是第二作者。
此外，后續(xù)還提到三篇文章，是我們“墨子號(hào)”之后，中國(guó)的科學(xué)家做出來(lái)的一些相關(guān)的工作。也就是說(shuō)，大概我們一共有7項(xiàng)工作，在今天的諾獎(jiǎng)致辭里面提到了前面的4項(xiàng)。
也就是說(shuō)，他的實(shí)驗(yàn)工作是當(dāng)年在他的帶領(lǐng)下，其具體工作是我們做的。我們實(shí)際上是把他的這些想法完成實(shí)施的人，那是最早的。但是僅僅靠做出來(lái)，如果后面的發(fā)展前景不好的話，如果說(shuō)我們沒(méi)有做到后面的量子優(yōu)越性的驗(yàn)證和量子通信像“墨子號(hào)”的話，大家可能會(huì)覺(jué)得，這個(gè)領(lǐng)域始終是一個(gè)dream（夢(mèng)想），不能變成reality（現(xiàn)實(shí)）。把構(gòu)想和理論變成現(xiàn)實(shí)，在這里面中國(guó)的科學(xué)家是做了很大的貢獻(xiàn)的。
《知識(shí)分子》：您說(shuō)的這些，很容易讓人想起楊振寧李政道與吳健雄他們當(dāng)年的那一幕。我們知道諾獎(jiǎng)對(duì)獲獎(jiǎng)人數(shù)有限制，如果不考慮人數(shù)限制的話，您是不是應(yīng)當(dāng)成為獲獎(jiǎng)的第四人?
潘建偉：這就像玻色愛(ài)因斯坦凝聚，是1995年做出來(lái)的，但1997年獲獎(jiǎng)的并不是實(shí)現(xiàn)把dream變成現(xiàn)實(shí)的人，而是Steven Chu、Claude Cohen-Tannoudji與William D. Phillips這幾個(gè)人獲獎(jiǎng)，是因?yàn)樗麄兊墓ぷ髯罱K讓大家敢去做玻色愛(ài)因斯坦凝聚。
整個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展是得益于很多科學(xué)家的，我覺(jué)得這個(gè)領(lǐng)域不應(yīng)該只有一次得到肯定，應(yīng)該很多次得到肯定。所以我想，在后面把dream變成reality的科學(xué)家，我覺(jué)得在未來(lái)也是應(yīng)該得到肯定的。我想這一點(diǎn)在今天獲獎(jiǎng)的那幾位科學(xué)家即我們業(yè)界的先驅(qū)那里，也肯定會(huì)很認(rèn)可這一點(diǎn)。
《知識(shí)分子》：在賀楊振寧百歲的時(shí)候，您曾經(jīng)說(shuō)，因回國(guó)之后做了非常出色的工作，以至于導(dǎo)致您和您導(dǎo)師的關(guān)系一度緊張。當(dāng)時(shí)具體是什么樣的一個(gè)情況？
潘建偉：在這個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展里，我導(dǎo)師是非常重要的，我作為學(xué)生是具體去實(shí)施技術(shù)的一個(gè)實(shí)現(xiàn)者。那么到后面我們做多光子糾纏的時(shí)候，其實(shí)我回國(guó)之后，我們中國(guó)就變成了國(guó)際上最好的了。這樣一來(lái)，大家就講，因?yàn)檫@里面貢獻(xiàn)很大的是糾纏光子推動(dòng)量子信息科學(xué)的發(fā)展，那么這樣的話可能對(duì)導(dǎo)師來(lái)說(shuō)，確實(shí)我們就變成競(jìng)爭(zhēng)者了，而且競(jìng)爭(zhēng)者在具體走的時(shí)候又跑到前面去了，那么當(dāng)然可能就會(huì)有一些不愉快發(fā)生。
后來(lái)?xiàng)钫駥幭壬蛯ｉT請(qǐng)我的導(dǎo)師來(lái)到清華訪問(wèn)，還請(qǐng)我導(dǎo)師吃飯。在他的推動(dòng)下，后來(lái)我與我的導(dǎo)師就又開(kāi)始了很好的合作。后來(lái)，在每一個(gè)重要時(shí)刻，我覺(jué)得我導(dǎo)師對(duì)我都非常好，我也非常尊重我的導(dǎo)師。這一點(diǎn)楊先生給我們做出了很好的榜樣和很好的指引，他讓我跟導(dǎo)師有一個(gè)很好的關(guān)系。
我與我導(dǎo)師的合作與友誼，直到今天都有保持。稍后，我們還會(huì)成立一個(gè)中奧的量子基礎(chǔ)研究的聯(lián)合中心，他是那邊的負(fù)責(zé)人，我是中方的負(fù)責(zé)人，所以我們的合作會(huì)一直的進(jìn)行下去。
《知識(shí)分子》：我們也很關(guān)心中國(guó)的現(xiàn)在的量子信息、量子計(jì)算的發(fā)展是怎么樣的，中國(guó)在這些領(lǐng)域的研究在世界上處于什么水平？
潘建偉：我自己來(lái)說(shuō)自己不太好，這里只引用一下國(guó)外媒體的說(shuō)法。比如說(shuō)，其實(shí)早在2007年的時(shí)候，英國(guó)的《新科學(xué)家》雜志就發(fā)布過(guò)一次特刊，專門討論中國(guó)的崛起，里面專門講了 the people's quantum computer，講我們中國(guó)正在成為一個(gè)創(chuàng)新的國(guó)度，里面專門提到了“人民的量子計(jì)算機(jī)”，因?yàn)槲覀冎腥A人民共和國(guó)在這些領(lǐng)域已經(jīng)在世界上牢牢地占據(jù)了領(lǐng)先地位。
到了去年的6月份，美國(guó)的《科學(xué)》雜志又講，真的得益于中國(guó)“墨子號(hào)”等重要成果，迫使當(dāng)時(shí)的特朗普政府啟動(dòng)了美國(guó)的量子行動(dòng)計(jì)劃。也就是說(shuō)，他們認(rèn)為我們給他們確實(shí)是起到了很好的推動(dòng)作用，說(shuō)我們肯定是處于世界領(lǐng)先的，我們給他們帶來(lái)了壓力。所以從這種角度上講，我覺(jué)得我們中國(guó)在量子技術(shù)，特別是在量子通信和量子計(jì)算方面，在國(guó)際上我們是很好的，是處于第一方陣的。
再比如2021年，當(dāng)時(shí)的法國(guó)總統(tǒng)馬克龍?jiān)趩?dòng)法國(guó)的量子計(jì)劃的時(shí)候，說(shuō)法國(guó)要努力爭(zhēng)取繼中美之后成為世界前三。那么也就是說(shuō)，我們不敢說(shuō)我們是第一，但是我們肯定是在前二。當(dāng)然，這得益于國(guó)家的支持，我們科學(xué)家也很努力，因此取得了這樣的成績(jī)。
《知識(shí)分子》：這次獲獎(jiǎng)是不是也會(huì)對(duì)這個(gè)領(lǐng)域有更好的一個(gè)促進(jìn)作用？
潘建偉：我覺(jué)得因?yàn)檫@些工作應(yīng)該都是20多年前的工作，所以現(xiàn)在的發(fā)展比當(dāng)時(shí)的發(fā)展要快得很多。
我想在1997年的時(shí)候，我是很難肯定我們?cè)谟猩昴軌蜃屵@個(gè)東西離開(kāi)我們的實(shí)驗(yàn)室，走入現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用。1997年的實(shí)驗(yàn)，我們只做了三十幾個(gè)厘米，現(xiàn)在我們準(zhǔn)備做36,000公里了，這是兩個(gè)完全不同的概念，是需要科學(xué)和技術(shù)上的巨大進(jìn)步才能做到這一點(diǎn)。所以我覺(jué)得現(xiàn)在有好的推動(dòng)，其實(shí)還得靠我們自己，那是對(duì)過(guò)去的一個(gè)肯定，對(duì)過(guò)去科學(xué)家的肯定。
《知識(shí)分子》：量子信息的另外一位先驅(qū)，在今年獲得科學(xué)突破獎(jiǎng)的布拉薩德曾表示，19世紀(jì)是蒸汽的時(shí)代，20世紀(jì)是信息時(shí)代，21世紀(jì)往下看應(yīng)該是量子的時(shí)代，您是否認(rèn)同這個(gè)說(shuō)法，另外，相對(duì)于量子信息來(lái)說(shuō)，好像量子計(jì)算還需要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才可以真正成熟，您有沒(méi)有一個(gè)展望？
潘建偉：今年獲得科學(xué)突破獎(jiǎng)的四位專家（Charles H. Bennett, Gilles Brassard, David Deutsch,Peter W. Shor），有兩位是提出量子計(jì)算的，有兩位是提出量子通信以及量子信息的一些基本理念，而這些理念是直接推動(dòng)了量子計(jì)算的發(fā)展，這是四位理論專家。
所以今年我們這個(gè)領(lǐng)域也可以算是是雙喜臨門了，兩邊都得到了充分的肯定，無(wú)論從理論和實(shí)驗(yàn)上。我覺(jué)得我們對(duì)一些物質(zhì)科學(xué)基本現(xiàn)象，如果說(shuō)能夠得到非常充分的理解，因?yàn)槲覀兊恼麄€(gè)世界是由原子組成，所以最后涉及到的都是來(lái)計(jì)算一些原子、電子的能級(jí)的分布等等，那么在這里面用我們傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)在本質(zhì)上就只能算其中的一小部分，對(duì)絕大多數(shù)問(wèn)題是算不動(dòng)的。
所以從這個(gè)角度上來(lái)講，如果沒(méi)有量子信息處理的發(fā)展，沒(méi)有量子計(jì)算的發(fā)展，我們未來(lái)對(duì)自然界的理解將是非常困難的，所以我覺(jué)得將來(lái)能夠?qū)ψ匀挥幸粋€(gè)比較全面的理解，一定要發(fā)展量子信息技術(shù)。
量子計(jì)算什么時(shí)候能成功出來(lái)？我覺(jué)得我們?cè)谖迥甑臅r(shí)間里面，我們很有信心能夠造出一些專用的量子模擬機(jī)來(lái)推動(dòng)整個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展，這是第一點(diǎn)。
第二點(diǎn)，我覺(jué)得我們現(xiàn)在面臨非常重要的問(wèn)題要來(lái)解決糾錯(cuò)的問(wèn)題。如果說(shuō)糾錯(cuò)的問(wèn)題能解決的話，我覺(jué)得10~15年后通用的量子計(jì)算也會(huì)取得長(zhǎng)足的進(jìn)展。所以，從某種意義上講，我們五年里面就會(huì)有非常讓人驚喜的一些東西出來(lái)了，但10~15年后（會(huì)到何種程度）我們現(xiàn)在還不知道，但是我們是充滿期待的。如果說(shuō)能夠把計(jì)算過(guò)程當(dāng)中所產(chǎn)生的一些錯(cuò)誤給解決的話，我覺(jué)得這個(gè)領(lǐng)域在10~15年里面是大有可為的。
《知識(shí)分子》：量子信息或者量子計(jì)算的發(fā)端其實(shí)是比較早了，像這次諾獎(jiǎng)涉及到的貝爾不等式的檢驗(yàn)，貝爾本人雖然沒(méi)獲諾獎(jiǎng)，但一直鉆研這個(gè)問(wèn)題。您本人也是從年輕人，然后逐漸成長(zhǎng)為領(lǐng)軍人物，不知道您有什么樣的建議給到年輕人，在一個(gè)領(lǐng)域不太熱的時(shí)候能夠堅(jiān)持做下去？
潘建偉：我覺(jué)得如果貝爾在世的話，他應(yīng)該很多年之前就獲獎(jiǎng)了，因?yàn)槿擞袝r(shí)候需要一些幸運(yùn)的成分在里面。
對(duì)于年輕人來(lái)說(shuō)，其實(shí)前陣子我有一個(gè)關(guān)于楊振寧先生傳的一個(gè)解讀，我覺(jué)得楊先生說(shuō)的那幾條都是非常重要的。他覺(jué)得要在一個(gè)領(lǐng)域剛剛興起的時(shí)候，你就要介入，要在早期就介入。
我在1996年的時(shí)候，當(dāng)時(shí)就相當(dāng)于正好是有幸參與了量子信息技術(shù)的第一批實(shí)驗(yàn)。我們當(dāng)時(shí)應(yīng)該是1997年就在《自然》上發(fā)表了文章，是量子信息的第一個(gè)發(fā)表在《自然》或《科學(xué)》雜志上的文章。所以從這種角度上講，要學(xué)會(huì)選擇一個(gè)比較好的領(lǐng)域，在這個(gè)領(lǐng)域剛剛開(kāi)始興起的時(shí)候就進(jìn)去，這是非常重要的。
（訪談、撰文|邸利會(huì) 責(zé)編|錢煒）
