袁岚峰：我国量子力学后发，要看将来

发布时间：2025-05-03　点此：531次

【采访/观察者网李泽西】

北京时刻10月4日17:45，在瑞典首都斯德哥尔摩，瑞典皇家科学院宣告，将2022年诺贝尔物理学奖颁发法国物理学家阿兰·阿斯佩（Alain Aspect）、美国理论和试验物理学家约翰·弗朗西斯·克劳泽（John F. Clauser）和奥地利科学家安东·塞林格（Anton Zeilinger），以赞誉他们在量子信息科学研讨方面作出的奉献。他们经过光子羁绊试验，确认贝尔不等式在量子国际中不建立，并创始了量子信息这一学科。

获奖得主，从左至右：阿斯佩，克劳泽、塞林格（图源：诺贝尔委员会）

近来，我国科学技术大学副研讨员、风云学会会长、《量子信息简话》作者袁岚峰承受观察者网专访，就三人的研讨作用，量子力学开展进程，诺贝尔奖以及现在我国人获奖数量较少现象共享了自己的观念。

以下为专访实录：

观察者网：10月4日，瑞典皇家科学院宣告，三名物理学家由于在量子信息科学研讨方面做出的奉献，取得2022年诺贝尔物理学奖。可否介绍一下他们所做出的研讨以及其含义？

袁岚峰：他们最基本的成便是，断定终究量子力学仍是经典力学是对的：一个物理量在人们丈量之前是不是必定有一个确认的状况？

在经典的国际观下，不管你测或意外一个性质，那个性质现已有个确认的状况了。经典的国际观反映在一首诗里面：“你见，或许不见我，我就在那里，不悲不喜”；这首诗许多人以为是仓央嘉措写的，其实是今世女诗人谈笑靖写的。

可是量子力学十分清晰地标明，并不是这样，丈量得到的作用或许是随机的。我写的《量子信息简话》里面十分详细的做了解说。量子力学的丈量首要是要指定一个基组，它包含至少两个状况。待测的状况假设是基组傍边的一个状况，你会得到一个确认值，即这个状况不变。可是假设你待测的状况不是这个基组中的一个状况，而是这些状况的一个线性叠加，那就会发生一个忽然的改动，它会瞬间落到基组的某一个状况上去。这就告知咱们，量子力学关于国际的猜测本质上便是概率性的，同一个原因能够得到不同的作用。

咱们平常会觉得，相同的原因会引来相同的作用。乍一看随机的工作，比方说掷硬币，细心想一想就会发现作用其实是彻底确认的，只不过由于掷硬币出手力度操控的不够好，所以才觉得是随机的；假设你操控的彻底准确的话，那作用便是确认的。所以经典力学里的随机，都是伪随机。

但量子力学以为，国际上存在真实的随机。这便是两种天壤之别的国际观。而最显着反映这种国际观的差异就在于量子羁绊现象。

量子羁绊（图源：诺贝尔委员会）

量子羁绊是 1934 年爱因斯坦和他的两个帮手波多尔斯基和罗森在标题为“量子力学对国际的描绘能够被以为是齐备的吗？”的论文中提出来的，现在咱们常常把他们的姓氏缩写为EPR。他们以为，量子力学是不齐备的。他们常常问人一个问题，没有人看月亮的时分月亮是否就不存在了？他们在这篇论文中提出量子羁绊这个现象，期望以此批驳量子力学。可是后来的试验发现量子力学是正确的，量子羁绊现象客观存在。

有许多所谓科普会将这个现象比作两只手套，一只左手、一只右手，将它们别离寄给两个离得很远的人。一人翻开盒子，发现收到一只左手手套，马上就知道别的一个人收到右手手套。这样的比方是能够阐明一些问题，但会让人误以为量子国际跟经典国际相同，“手套”在寄发前就有确认的左右之分。这就没什么古怪的，就像开盲盒相同。

可是量子羁绊的关键在于，作用在丈量之前是不确认的。

观察者网：按您的比方，量子羁绊相似于有一箱子的手套，你随机抽两个，发给两个人，一人看到左手套，别的必定便是右手套。

袁岚峰：对，是有点像。可是，一箱子的说法仍是有或许形成一个误解，便是让人以为是在描绘一个一致现象。咱们需求着重，量子力学并不是一个只能描绘许多粒子计算性的理论，它关于单个粒子相同适用。假定只发一双手套，你能够以为手套不断的在左右状况之间来回摇晃，没有一个确认值，直到翻开的一会儿。

在诺贝尔奖主页上，关于这次的作用，他们给出了一系列漫画式的解读，其中有一个用是非球比方。假设你手里拿一个黑球，你就知道对方必定是个白球。实践上，你应该幻想那个球本来是灰球，并不确认是黑仍是白，直到观测的那一会儿，球才取得了黑或白傍边的一个状况。

诺贝尔委员会介绍中运用的“黑球白球”比方

量子羁绊实践的作用是，关于单个粒子的丈量作用是不确认的，可是这两个随机数之间存在一个确认的相关。单粒子丈量作用是不确认的，相关是确认的。至于这个相关是什么，许多比方说的是相反，也有许多比方说的是相同。这些相关其实都是可行的，取决于两粒子系统的初始状况，这个初始状况是试验制备出来的。你只需给定了一个量子系统的初始状况，人们在试验上就有方法把它制备出来。

观察者网：这次三个诺贝物理学奖取得者关于证明量子羁绊现象做出的详细奉献是什么？

袁岚峰：方才讲的这些如同仅仅一个国际观的剖析，并没有任何可观测的效应。你怎样知道盒子在翻开之前，里面的状况究竟是确认的仍是不确认的呢？乍看起来，这个现象如同无法判别。当年爱因斯坦跟玻尔为此争了良久，而其他大部分科学家觉得这仅仅一个哲学之辩，不值得仔细看待。科学家大部分信任量子力学，由于它在有用层面是十分成功的。我在《量子信息简话》里就讲了，一些最基本的问题，比方说原子的稳定性、物质的硬度、导电性，都是用量子力学解说的。许多科学家以为爱因斯坦那些“老古董”仅仅自己想不开，大部分人不再关怀量子羁绊问题了。

在1964年，北爱尔兰的物理学家约翰·贝尔（John Bell）提出：经典力学和量子力学其实是能够分辩的。他指出，你能够丈量不同的作用之间的相关，每个相关是一个测得某种联协作用的概率，然后几个概率加起来减去一个概率，这个数值应该小于等于某个上限。这里面仅有的前提条件，便是一切的量在丈量之前都存在确认值，即经典国际观。

可是，在量子力学下，会存在打破这个上限的状况。贝尔以为，只需把这样丈量相关的试验做许屡次，就会发现这些概率的组合究竟小于仍是大于这个上限。假设大于这个上限，就清晰的告知咱们经典国际观是错的。

约翰·贝尔1964年提出分辩经典力学和量子力学的方法（图源：欧洲核子研讨中心）

榜首次来做这个试验的人便是这次诺贝尔物理学奖一号得主，克劳泽。他还有个协作者，叫斯图尔特·弗里德曼（Stuart Freedman）。克劳泽其时是个博士后，费里德曼是一个博士生，1972年他们榜首次做成贝尔定理试验。这个弗里德曼为什么没有诺贝尔奖呢？由于他离世太早了，在2012年就忽然就逝世了。

他们的试验违背了贝尔不等式，证明了量子力学的正确性。可是较真的人能够说，这个试验还有种种缝隙。比方说两个探测器之间离得很近，大约只要6米，假设探测器之间以某种方法传递信号，那么就或许协同起来，成心给你一个虚伪的作用。

为了防止这一问题，能够把两个探测器离得尽量的远，使得其即便以光速传递信号，也来不及做弊。这样的缝隙，第二个诺贝尔物理学奖得主阿斯佩在1982年填补了，改善了1972年的试验，所以在大众心中阿斯佩等人变得愈加知名。

后来越来越多的人持续尽力改善这个试验，堵上各式各样你能想到和想不到的八怪七喇的缝隙。第三个诺贝尔物理学奖得主塞林格也做了这个试验，堵上了更多的缝隙，一起做出了一个十分风趣的使用。假设仅仅不断的验证贝尔不等式的违背，许多人会觉得这跟日常日子也没什么联系，这朴实便是一个物理学理论的根底问题。

可是塞林格做了量子隐形传态（quantum teleportation），适当于科幻电影中的传送术，即把一个粒子的状况传到远处别的一个粒子上。这个就要用到量子羁绊。量子隐形传态的理论是六个理论家于1993年一起提出，塞林格的研讨组在1997年榜首次试验完结的。潘建伟其时是塞林格的博士生，他便是这篇论文的第二作者；在诺贝尔奖塞林格相关作用里面，简直每一篇都有潘建伟，不是榜首作者，便是第二作者。

我国科技大学常务副校长、中科院院士潘建伟（图源：新华社）

假设咱们有两个羁绊的粒子，将一号粒子放在爱丽丝手里面，二号粒子放在鲍勃手里，两人离得很远。然后爱丽丝手里还有第三个粒子，不知道其状况，要将这第三个粒子的状况传给鲍勃。咱们是对这个三粒子系统的全体做某些操作，作用是三号粒子的状况搬运到了鲍勃手上的二号粒子身上，成功传送了这个不知道的状况，而本来的三号粒子状况也变了。

这就比方一边有辆轿车，另一边有堆轿车零件，你的试验作用是把轿车的状况传了曩昔，让轿车零件组装成一辆轿车，但本来那辆轿车就崩溃了。所以这是状况的传送而不是仿制，你永久都不会得到两辆相同的轿车。任何人都会感到这是一个惊天动地的作用。我在《量子信息简话》就说了，一切的量子信息技术里面最富有科幻颜色的或许便是量子隐形传态。所以这次诺贝尔奖发给塞林格的原因是，将查验量子力学基本原理以及量子隐形传态这两方面的作用都包含了进去。

观察者网：1972年的那次试验，为什么没有想到相隔6米或许会呈现的潜在缝隙？

袁岚峰：万事开头难，克劳泽之前底子没有人想到要去做这个试验，或许觉得这试验就没必要做，由于咱们默许量子力学必定是对的。还有，便是这个试验真的十分难做，在他之前底子就没有人想要做这样的试验，由于也没有这样的试验设备。实践上贝尔自己提出不等式的方针是为了证明爱因斯坦是对的——贝尔也对立量子力学——只不过试验的作用阐明量子力学仍是对的，标明科学并不依赖于先行者自己的主意。

克劳泽和费里德曼能做出这个试验，就现已十分不容易了。他们宣布之后咱们才开端评论，假设大天然铁了心要跟你做弊，那么或许有什么样做弊的方法，所以才以为有个缝隙。假设咱们信任狭义相对论，信任信号传输不能超光速，那就提出改善方法，把两个探测器离得尽量远，即便以光速做弊也不或许。跟着条件的改善，咱们一步步把条件约束的越来越严厉。到后来各种能想到想不到的所谓缝隙，科学家都在拼命去堵，跟大天然斗智斗勇。

观察者网：为什么贝尔自己没有取得过诺贝尔奖？

袁岚峰：这是个好问题。他们由于查验贝尔不等式的违背得奖，那最应该得奖的不应是贝尔吗？这是由于贝尔在1990年就逝世了，享年只要62岁。假设他活的长一点，那当然最应该得奖。前史上有许多相似的工作，一个思维开始的提出者没有来得及得奖，后来完结这个思维的人获奖。

观察者网：为什么诺贝尔奖不能颁发已故的人？

袁岚峰：这是他们一开端立好的规则，否则要发的就实在太多了。贝尔的奉献必定是诺贝尔奖级的，并且应该会超越许多诺贝尔奖取得者。

观察者网：几十年前，一人独揽诺贝尔物理学奖仍是常态，可是这个状况现已30年没有呈现了。这是否意味着，科研现已由一个能够一人独立完结，转变为需多人协同完结的工作？为什么？

袁岚峰：关于物理学家来说，的确是这样，现已良久没有独自发给个人，可是本年刚好有一个奖是发给个人，便是生理学和医学奖，发给了斯万特·帕博 (Svante Pbo)，奖赏他关于古人类DNA检测的奉献。我看到这个音讯也很惊奇，的确良久没有看到有人独自获奖，或许由于他在那个范畴是一个独自的奠基人。

帕博较为罕见的独揽了一项诺贝尔奖（图源：诺贝尔委员会）

可是在物理学，奉献的人真的许多。假设贝尔和弗里德曼活着，他们都应该得奖，这样一来就有五个人，而诺贝尔奖一次最多只能发三个人，那把哪两人砍掉？前史上呈现过该得的人太多、反而谁都发不了的状况，只要耐性的等候一些人逝世，给剩余的人发，或许爽性谁都不发。

这表现出科学的前进，越来越依赖于多人的协作。曾常常常发给一个人，是由于那时还处于范畴刚创始的年代，一个人就能提出一个惊天动地的观念，创始一个范畴；现在变得越来越困难，需求许多人协作，才干把这个范畴向前推动。

观察者网：或许未来会发生越来越多相似于贝尔的阅历，提出了一个过后被证明惊天动地的理论，可是需求几十年的时刻验证和推动，那时分提出者现已逝世去了。诺贝尔等奖项是否要考虑这个状况做一些改动？

袁岚峰：诺贝尔奖定了这个规则，就依照这个规则履行。但这也告知咱们，一个人没得诺贝尔奖，并不意味着他的效果不够高。比方说，霍金尽管没得诺贝尔奖，可是奉献跟大多数诺贝尔奖得主平起平坐。霍金最重要的效果，便是霍金辐射，他提出黑洞会辐射能量，所以黑洞的质量是会减小的，黑洞并不是只进不出的。可是这个效应对大型黑洞十分十分的弱小，越大的黑洞辐射得越慢，细小的黑洞会敏捷蒸腾掉，大型的黑洞蒸腾的时刻却比国际的年纪都长得多。咱们现在观察到的大型黑洞的霍金辐射都十分小，无法得到可观测的依据。

《星际穿越》中的黑洞作用图

所以霍金尽管在世的时分十分知名，霍金辐射也是十分了不得的一个作用，可是得不到诺贝尔奖，由于试验上无法证明。假设哪一天“一不小心”，居然有一个试验依据证明霍金辐射，那人们必定会把霍金翻出来再留念一番，可是他仍是无法得到诺贝尔奖。所以这告知咱们，奖项仅仅关于一个人的过后追认，咱们不能把它看得太重要。

观察者网：考虑到近年我国在量子力学范畴的日新月异，我国的科学家是否也具有了取得诺贝尔物理学奖的实力？

袁岚峰：诺贝尔奖的颁奖是有先后顺序的，要先发给这前面奠定根底的人，后边才干发给做了后来的试验，把作用面向新的高度的人。

在这次诺贝尔奖的作用介绍里面提到了我国科学家的奉献，比方介绍我国的墨子号完结了卫星和地上之间的量子保密通讯，也完结了地上上相距1200公里的量子隐形传态。后者是本年的作用，墨子号向两个相距1200公里的地上站（青海德令哈站和云南丽江站）发射一对对羁绊的光子，它们以此完结了隐形传态。

可想而知，跟着将来咱们相似的作用越做越多，比方说铺设了一个全球的量子通讯网络，就有或许得奖了。可是，作为一个前史的追认，诺贝尔奖委员会必定要先发给前面开始创始范畴的人。所以咱们持续做下去，将来得奖也是彻底有或许的。

墨子号完结量子保密通讯和隐形传态

观察者网：自新我国建立以来，只要寥寥无几的几名我国籍科学家取得过诺贝尔奖。我国科学家还需求等候多久，才干在这个国际顶尖的平台上取得更广泛的认可？

袁岚峰：许多人对诺贝尔奖的情绪是两个极点。一些以为我国人老是得不到诺尔奖，我国人太“渣渣”了。另一些以为诺贝尔奖彻底是“政治操作”的，只发给西方人。

我以为人们应该耐性一点。首要，以为诺贝尔文学奖、和平奖这些东西的政治要素太重，咱们“当个笑话”来看，是彻底没问题的。可是诺贝尔天然科学奖含金量仍是十分高的。咱们不能说没得诺贝尔奖的水平就必定不高，或许说得到诺贝尔奖的就必定很高，由于前史上也有发错的时分，可是至少绝大部分得到诺贝尔奖天然科学奖的水平的确十分高，的确对人类做出很大奉献。

所以我以为，不要吃不到葡萄，就说葡萄酸，说不屑于跟他们玩了。咱们的心态应该是，这个葡萄是甜的，并且咱们必定是能吃到的，要有耐性。美国、英国、德国、日本等得那么多诺贝尔奖的科技大国，最主要的原因便是他们科研投入多；想想咱们几十年前在干啥？诺贝尔奖一般颁的都是几十年前那种得到广泛验证的作用。这次获奖的几个人实践上都早已退休了，塞林格自己说他在这个范畴最重要的试验其实是在 20 多年前做的，比方1997年的隐形传态。先要做出这样量级的作用，然后耐性地等候，训练好身体，等他们颁奖，这个是正路。

而咱们国家真实投入巨大资金去做根底研讨的时刻其实没多久。2015年屠呦呦得奖是在十分特别的条件下。其时打越南战争的时分，美国老是遇到疟疾，就投入巨资来研讨对立疟疾；而我国也是，由于我国要协助越南，我国也有许多人前往越南，也有许多人得疟疾。屠呦呦在这里面发现青蒿素能够医治疟疾，并且是个特效药。可是这归于“碰上”的，并不是一个惯例的研讨；而咱们现在惯例的研讨，都还处在一个刚刚开端有巨大的投入，干了没多久的状况。

现在有许多范畴，每逢有人得诺贝尔奖，这个范畴都会有人出来说，我国其实适当先进。例如对上一年和本年的化学奖，都有我国科学院上海有机化学研讨所的专家说我国在不对称催化和点击化学方面适当先进，有许多抢先的作用。现在的普遍现象便是，我国还比较缺少彻底原创的概念，可是一旦他人提出一个范畴，我国科学家就冲曩昔，做出许多作用。

我国原创的概念也在逐步多起来，如在化学范畴我就介绍过唐本忠院士的“集合诱导发光”和包信和院士的“纳米限域催化”。

比如“纳米限域催化”的原创概念，标志我国的科研力气逐步老练

这一方面阐明咱们的科研实力是适当雄厚的，资金、投入的确有许多；在研制投入上，咱们仅次于美国。另一方面，咱们还需求时刻沉积，才干发生更多的从零到一的彻底原创作用。需求有耐性，几十年之后，我信任必定会呈现一个我国科学家取得诺贝尔奖的顶峰。

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