跳至正文

潘建伟:导师获奖实至名归 中国量子研究居于世界第一方阵

今年的诺贝尔物理学奖得主之一Anton
Zeilinger是中国量子信息与量子计算的领军人物潘建伟在奥地利留学时期的博士生导师。为此,《知识分子》独家访谈了潘建伟,请他解读这次的诺奖并对未来该领域的发展做出展望。

访谈、撰文|邸利会

责编|钱炜

2022年诺贝尔物理学奖授予了 阿兰·阿斯佩(Alain Aspect )、约翰克劳瑟(John F. Clauser)、
安东·塞林格(Anton
Zeilinger),“以表彰他们对纠缠光子进行的实验,证明了对贝尔不等式的违反和开创性的量子信息科学”。安东·塞林格对中国读者来说并不陌生,他就是中国量子信息和量子计算的领军人物、中科院院士、中国科学技术大学常务副校长潘建伟在奥地利留学时期的博士生导师。

早在上世纪90年代后期,潘建伟就和导师塞林格一起开始发展量子信息。之后,当潘建伟回国后,更是带领中国在量子信息和量子计算领域做出了一系列的成果,如“墨子号”量子科学实验卫星在2016年8月16日发射升空,2022年5月,中国“墨子号”实现1200公里地表量子态传输新纪录。2020年12月4日,中国科学技术大学宣布该校潘建伟等人成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”。

量子信息和量子计算,从当初的冷门一举成为这些年物理学界的大热门,包括美国、欧洲一些国家也推出了量子信息和量子计算的国家级的规划。在导师塞林格以及其他两位量子信息的先驱获得诺奖之际,《知识分子》连线潘建伟,请他解读这次的诺奖并对未来该领域的发展做出展望。

《知识分子》:

您的导师获奖,您有没有在第一时间祝贺他?

潘建伟:

我是第一时间给他打电话了,但是没打通。因为他获得了诺奖嘛!可能现在比较忙在接受采访。

《知识分子》:

请您解释一下,今年这三位科学家因做了什么样的工作获得诺奖?如何评价他们的获奖?

潘建伟:

在我们心目当中,这三位科学家早就应该获奖了。早在2010年的时候,他们就因为量子力学非定域性的检验和推动了光量子信息处理,及一些前沿的奠基性的实验就已经得到了沃尔夫奖的肯定,但是后来一直没有得到诺贝尔奖。

这几年,随着我们整个领域的发展,主要是包括有两个重要的事件:一个是“墨子号”的发射,另一个是美国和中国的科学家都在实验中实现了量子计算的优越性,大家回过头来觉得先驱性的贡献就显得尤为重要,因为他们主要是想办法先产生纠缠,然后利用产生的纠缠来做相关的量子信息处理的实验。

其实,纠缠最早是由我们华人科学家吴健雄在1950年代就制备出来了,然后制备出来之后,到了1960年代,贝尔提出了量子力学非定域性的检验,检验就是爱因斯坦所说的一个遥远地点之间的两个粒子之间的诡异互动,他认为这是不可能的。到了1980年代,克劳瑟当时在伯克利做了这个实验,后来阿斯佩把这个实验做得更精确了。

我的老师塞林格在1990年代不仅做了一些这方面的实验,更重要的是他用这方面的技术用来做量子隐形传态。我当时正好是参与了这方面的工作,这些工作直接推动了量子信息领域的发展,所以它是从量子基础到量子信息领域的一个相当于联络作用的一个桥梁一样的,这三位科学家在这过程当中是起到了很重要的作用。

与此同时,今年,提出量子通信与量子计算理论方案的4位学者又得到了本年度的科学突破奖。所以从这个角度来讲,可能是整个学术界尤其物理学界慢慢地对这个领域的发展认识到了其价值和重要性,所以我觉得他们的得奖是实至名归的,在我看来是来得稍微晚一点。

《知识分子》:

所以在您导师的获奖工作里面,您都做了哪些贡献?

潘建伟:

那里面提到的我导师的工作,除了他那篇理论文章之外,其他的有他名字的那四篇量子通信实验文章都有我的名字,我要么是第一作者,要么是第二作者。

此外,后续还提到三篇文章,是我们“墨子号”之后,中国的科学家做出来的一些相关的工作。也就是说,大概我们一共有7项工作,在今天的诺奖致辞里面提到了前面的4项。

也就是说,他的实验工作是当年在他的带领下,其具体工作是我们做的。我们实际上是把他的这些想法完成实施的人,那是最早的。但是仅仅靠做出来,如果后面的发展前景不好的话,如果说我们没有做到后面的量子优越性的验证和量子通信像“墨子号”的话,大家可能会觉得,这个领域始终是一个dream(梦想),不能变成reality(现实)。把构想和理论变成现实,在这里面中国的科学家是做了很大的贡献的。

《知识分子》:

您说的这些,很容易让人想起杨振宁李政道与吴健雄他们当年的那一幕。我们知道诺奖对获奖人数有限制,如果不考虑人数限制的话,您是不是应当成为获奖的第四人?

潘建伟:

这就像玻色爱因斯坦凝聚,是1995年做出来的,但1997年获奖的并不是实现把dream变成现实的人,而是Steven
Chu、Claude Cohen-Tannoudji与William D.
Phillips这几个人获奖,是因为他们的工作最终让大家敢去做玻色爱因斯坦凝聚。

整个领域的发展是得益于很多科学家的,我觉得这个领域不应该只有一次得到肯定,应该很多次得到肯定。所以我想,在后面把dream变成reality的科学家,我觉得在未来也是应该得到肯定的。我想这一点在今天获奖的那几位科学家即我们业界的先驱那里,也肯定会很认可这一点。

《知识分子》:

在贺杨振宁百岁的时候,您曾经说,因回国之后做了非常出色的工作,以至于导致您和您导师的关系一度紧张。当时具体是什么样的一个情况?

潘建伟:

在这个领域的发展里,我导师是非常重要的,我作为学生是具体去实施技术的一个实现者。那么到后面我们做多光子纠缠的时候,其实我回国之后,我们中国就变成了国际上最好的了。这样一来,大家就讲,因为这里面贡献很大的是纠缠光子推动量子信息科学的发展,那么这样的话可能对导师来说,确实我们就变成竞争者了,而且竞争者在具体走的时候又跑到前面去了,那么当然可能就会有一些不愉快发生。

后来杨振宁先生就专门请我的导师来到清华访问,还请我导师吃饭。在他的推动下,后来我与我的导师就又开始了很好的合作。后来,在每一个重要时刻,我觉得我导师对我都非常好,我也非常尊重我的导师。这一点杨先生给我们做出了很好的榜样和很好的指引,他让我跟导师有一个很好的关系。

我与我导师的合作与友谊,直到今天都有保持。稍后,我们还会成立一个中奥的量子基础研究的联合中心,他是那边的负责人,我是中方的负责人,所以我们的合作会一直的进行下去。

《知识分子》:

我们也很关心中国的现在的量子信息、量子计算的发展是怎么样的,中国在这些领域的研究在世界上处于什么水平?

潘建伟:

我自己来说自己不太好,这里只引用一下国外媒体的说法。比如说,其实早在2007年的时候,英国的《新科学家》杂志就发布过一次特刊,专门讨论中国的崛起,里面专门讲了
the people’s quantum
computer,讲我们中国正在成为一个创新的国度,里面专门提到了“人民的量子计算机”,因为我们中华人民共和国在这些领域已经在世界上牢牢地占据了领先地位。

到了去年的6月份,美国的《科学》杂志又讲,真的得益于中国“墨子号”等重要成果,迫使当时的特朗普政府启动了美国的量子行动计划。也就是说,他们认为我们给他们确实是起到了很好的推动作用,说我们肯定是处于世界领先的,我们给他们带来了压力。所以从这种角度上讲,我觉得我们中国在量子技术,特别是在量子通信和量子计算方面,在国际上我们是很好的,是处于第一方阵的。

再比如2021年,当时的法国总统马克龙在启动法国的量子计划的时候,说法国要努力争取继中美之后成为世界前三。那么也就是说,我们不敢说我们是第一,但是我们肯定是在前二。当然,这得益于国家的支持,我们科学家也很努力,因此取得了这样的成绩。

《知识分子》:

这次获奖是不是也会对这个领域有更好的一个促进作用?

潘建伟:

我觉得因为这些工作应该都是20多年前的工作,所以现在的发展比当时的发展要快得很多。

我想在1997年的时候,我是很难肯定我们在有生之年能够让这个东西离开我们的实验室,走入现实的应用。1997年的实验,我们只做了三十几个厘米,现在我们准备做36,000公里了,这是两个完全不同的概念,是需要科学和技术上的巨大进步才能做到这一点。所以我觉得现在有好的推动,其实还得靠我们自己,那是对过去的一个肯定,对过去科学家的肯定。

《知识分子》:

量子信息的另外一位先驱,在今年获得科学突破奖的布拉萨德曾表示,19世纪是蒸汽的时代,20世纪是信息时代,21世纪往下看应该是量子的时代,您是否认同这个说法,另外,相对于量子信息来说,好像量子计算还需要经过一段时间才可以真正成熟,您有没有一个展望?

潘建伟:

今年获得科学突破奖的四位专家(Charles H. Bennett, Gilles Brassard, David
Deutsch,Peter W.
Shor),有两位是提出量子计算的,有两位是提出量子通信以及量子信息的一些基本理念,而这些理念是直接推动了量子计算的发展,这是四位理论专家。

所以今年我们这个领域也可以算是是双喜临门了,两边都得到了充分的肯定,无论从理论和实验上。我觉得我们对一些物质科学基本现象,如果说能够得到非常充分的理解,因为我们的整个世界是由原子组成,所以最后涉及到的都是来计算一些原子、电子的能级的分布等等,那么在这里面用我们传统计算机在本质上就只能算其中的一小部分,对绝大多数问题是算不动的。

所以从这个角度上来讲,如果没有量子信息处理的发展,没有量子计算的发展,我们未来对自然界的理解将是非常困难的,所以我觉得将来能够对自然有一个比较全面的理解,一定要发展量子信息技术。

量子计算什么时候能成功出来?我觉得我们在五年的时间里面,我们很有信心能够造出一些专用的量子模拟机来推动整个领域的发展,这是第一点。

第二点,我觉得我们现在面临非常重要的问题要来解决纠错的问题。如果说纠错的问题能解决的话,我觉得10~15年后通用的量子计算也会取得长足的进展。所以,从某种意义上讲,我们五年里面就会有非常让人惊喜的一些东西出来了,但10~15年后(会到何种程度)我们现在还不知道,但是我们是充满期待的。如果说能够把计算过程当中所产生的一些错误给解决的话,我觉得这个领域在10~15年里面是大有可为的。

《知识分子》:

量子信息或者量子计算的发端其实是比较早了,像这次诺奖涉及到的贝尔不等式的检验,贝尔本人虽然没获诺奖,但一直钻研这个问题。您本人也是从年轻人,然后逐渐成长为领军人物,不知道您有什么样的建议给到年轻人,在一个领域不太热的时候能够坚持做下去?

潘建伟:

我觉得如果贝尔在世的话,他应该很多年之前就获奖了,因为人有时候需要一些幸运的成分在里面。

对于年轻人来说,其实前阵子我有一个关于杨振宁先生传的一个解读,我觉得杨先生说的那几条都是非常重要的。他觉得要在一个领域刚刚兴起的时候,你就要介入,要在早期就介入。

我在1996年的时候,当时就相当于正好是有幸参与了量子信息技术的第一批实验。我们当时应该是1997年就在《自然》上发表了文章,是量子信息的第一个发表在《自然》或《科学》杂志上的文章。所以从这种角度上讲,要学会选择一个比较好的领域,在这个领域刚刚开始兴起的时候就进去,这是非常重要的。