今年的諾貝爾物理學(xué)獎得主之一Anton Zeilinger是中國量子信息與量子計算的領(lǐng)軍人物潘建偉在奧地利留學(xué)時期的博士生導(dǎo)師。為此，《知識分子》獨家訪談了潘建偉，請他解讀這次的諾獎并對未來該領(lǐng)域的發(fā)展做出展望。
2022年諾貝爾物理學(xué)獎授予了 阿蘭·阿斯佩（Alain Aspect ）、約翰克勞瑟（John F. Clauser）、 安東·塞林格（Anton Zeilinger），“以表彰他們對糾纏光子進(jìn)行的實驗，證明了對貝爾不等式的違反和開創(chuàng)性的量子信息科學(xué)”。安東·塞林格對中國讀者來說并不陌生，他就是中國量子信息和量子計算的領(lǐng)軍人物、中科院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)常務(wù)副校長潘建偉在奧地利留學(xué)時期的博士生導(dǎo)師。
早在上世紀(jì)90年代后期，潘建偉就和導(dǎo)師塞林格一起開始發(fā)展量子信息。之后，當(dāng)潘建偉回國后，更是帶領(lǐng)中國在量子信息和量子計算領(lǐng)域做出了一系列的成果，如“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星在2016年8月16日發(fā)射升空，2022年5月，中國“墨子號”實現(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個光子的量子計算原型機(jī)“九章”。
量子信息和量子計算，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、歐洲一些國家也推出了量子信息和量子計算的國家級的規(guī)劃。在導(dǎo)師塞林格以及其他兩位量子信息的先驅(qū)獲得諾獎之際，《知識分子》連線潘建偉，請他解讀這次的諾獎并對未來該領(lǐng)域的發(fā)展做出展望。
《知識分子》：您的導(dǎo)師獲獎，您有沒有在第一時間祝賀他？
潘建偉：我是第一時間給他打電話了，但是沒打通。因為他獲得了諾獎嘛！可能現(xiàn)在比較忙在接受采訪。
《知識分子》：請您解釋一下，今年這三位科學(xué)家因做了什么樣的工作獲得諾獎？如何評價他們的獲獎？
潘建偉：在我們心目當(dāng)中，這三位科學(xué)家早就應(yīng)該獲獎了。早在2010年的時候，他們就因為量子力學(xué)非定域性的檢驗和推動了光量子信息處理，及一些前沿的奠基性的實驗就已經(jīng)得到了沃爾夫獎的肯定，但是后來一直沒有得到諾貝爾獎。
這幾年，隨著我們整個領(lǐng)域的發(fā)展，主要是包括有兩個重要的事件：一個是“墨子號”的發(fā)射，另一個是美國和中國的科學(xué)家都在實驗中實現(xiàn)了量子計算的優(yōu)越性，大家回過頭來覺得先驅(qū)性的貢獻(xiàn)就顯得尤為重要，因為他們主要是想辦法先產(chǎn)生糾纏，然后利用產(chǎn)生的糾纏來做相關(guān)的量子信息處理的實驗。
其實，糾纏最早是由我們?nèi)A人科學(xué)家吳健雄在1950年代就制備出來了，然后制備出來之后，到了1960年代，貝爾提出了量子力學(xué)非定域性的檢驗，檢驗就是愛因斯坦所說的一個遙遠(yuǎn)地點之間的兩個粒子之間的詭異互動，他認(rèn)為這是不可能的。到了1980年代，克勞瑟當(dāng)時在伯克利做了這個實驗，后來阿斯佩把這個實驗做得更精確了。
我的老師塞林格在1990年代不僅做了一些這方面的實驗，更重要的是他用這方面的技術(shù)用來做量子隱形傳態(tài)。我當(dāng)時正好是參與了這方面的工作，這些工作直接推動了量子信息領(lǐng)域的發(fā)展，所以它是從量子基礎(chǔ)到量子信息領(lǐng)域的一個相當(dāng)于聯(lián)絡(luò)作用的一個橋梁一樣的，這三位科學(xué)家在這過程當(dāng)中是起到了很重要的作用。
與此同時，今年，提出量子通信與量子計算理論方案的4位學(xué)者又得到了本年度的科學(xué)突破獎。所以從這個角度來講，可能是整個學(xué)術(shù)界尤其物理學(xué)界慢慢地對這個領(lǐng)域的發(fā)展認(rèn)識到了其價值和重要性，所以我覺得他們的得獎是實至名歸的，在我看來是來得稍微晚一點。
《知識分子》：所以在您導(dǎo)師的獲獎工作里面，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驗文章都有我的名字，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”之后，中國的科學(xué)家做出來的一些相關(guān)的工作。也就是說，大概我們一共有7項工作，在今天的諾獎致辭里面提到了前面的4項。
也就是說，他的實驗工作是當(dāng)年在他的帶領(lǐng)下，其具體工作是我們做的。我們實際上是把他的這些想法完成實施的人，那是最早的。但是僅僅靠做出來，如果后面的發(fā)展前景不好的話，如果說我們沒有做到后面的量子優(yōu)越性的驗證和量子通信像“墨子號”的話，大家可能會覺得，這個領(lǐng)域始終是一個dream（夢想），不能變成reality（現(xiàn)實）。把構(gòu)想和理論變成現(xiàn)實，在這里面中國的科學(xué)家是做了很大的貢獻(xiàn)的。
《知識分子》：您說的這些，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。我們知道諾獎對獲獎人數(shù)有限制，如果不考慮人數(shù)限制的話，您是不是應(yīng)當(dāng)成為獲獎的第四人?
潘建偉：這就像玻色愛因斯坦凝聚，是1995年做出來的，但1997年獲獎的并不是實現(xiàn)把dream變成現(xiàn)實的人，而是Steven Chu、Claude Cohen-Tannoudji與William D. Phillips這幾個人獲獎，是因為他們的工作最終讓大家敢去做玻色愛因斯坦凝聚。
整個領(lǐng)域的發(fā)展是得益于很多科學(xué)家的，我覺得這個領(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，我覺得在未來也是應(yīng)該得到肯定的。我想這一點在今天獲獎的那幾位科學(xué)家即我們業(yè)界的先驅(qū)那里，也肯定會很認(rèn)可這一點。
《知識分子》：在賀楊振寧百歲的時候，您曾經(jīng)說，因回國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)時具體是什么樣的一個情況？
潘建偉：在這個領(lǐng)域的發(fā)展里，我導(dǎo)師是非常重要的，我作為學(xué)生是具體去實施技術(shù)的一個實現(xiàn)者。那么到后面我們做多光子糾纏的時候，其實我回國之后，我們中國就變成了國際上最好的了。這樣一來，大家就講，因為這里面貢獻(xiàn)很大的是糾纏光子推動量子信息科學(xué)的發(fā)展，那么這樣的話可能對導(dǎo)師來說，確實我們就變成競爭者了，而且競爭者在具體走的時候又跑到前面去了，那么當(dāng)然可能就會有一些不愉快發(fā)生。
后來楊振寧先生就專門請我的導(dǎo)師來到清華訪問，還請我導(dǎo)師吃飯。在他的推動下，后來我與我的導(dǎo)師就又開始了很好的合作。后來，在每一個重要時刻，我覺得我導(dǎo)師對我都非常好，我也非常尊重我的導(dǎo)師。這一點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，我們還會成立一個中奧的量子基礎(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，所以我們的合作會一直的進(jìn)行下去。
《知識分子》：我們也很關(guān)心中國的現(xiàn)在的量子信息、量子計算的發(fā)展是怎么樣的，中國在這些領(lǐng)域的研究在世界上處于什么水平？
潘建偉：我自己來說自己不太好，這里只引用一下國外媒體的說法。比如說，其實早在2007年的時候，英國的《新科學(xué)家》雜志就發(fā)布過一次特刊，專門討論中國的崛起，里面專門講了 the people's quantum computer，講我們中國正在成為一個創(chuàng)新的國度，里面專門提到了“人民的量子計算機(jī)”，因為我們中華人民共和國在這些領(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，美國的《科學(xué)》雜志又講，真的得益于中國“墨子號”等重要成果，迫使當(dāng)時的特朗普政府啟動了美國的量子行動計劃。也就是說，他們認(rèn)為我們給他們確實是起到了很好的推動作用，說我們肯定是處于世界領(lǐng)先的，我們給他們帶來了壓力。所以從這種角度上講，我覺得我們中國在量子技術(shù)，特別是在量子通信和量子計算方面，在國際上我們是很好的，是處于第一方陣的。
再比如2021年，當(dāng)時的法國總統(tǒng)馬克龍在啟動法國的量子計劃的時候，說法國要努力爭取繼中美之后成為世界前三。那么也就是說，我們不敢說我們是第一，但是我們肯定是在前二。當(dāng)然，這得益于國家的支持，我們科學(xué)家也很努力，因此取得了這樣的成績。
《知識分子》：這次獲獎是不是也會對這個領(lǐng)域有更好的一個促進(jìn)作用？
潘建偉：我覺得因為這些工作應(yīng)該都是20多年前的工作，所以現(xiàn)在的發(fā)展比當(dāng)時的發(fā)展要快得很多。
我想在1997年的時候，我是很難肯定我們在有生之年能夠讓這個東西離開我們的實驗室，走入現(xiàn)實的應(yīng)用。1997年的實驗，我們只做了三十幾個厘米，現(xiàn)在我們準(zhǔn)備做36,000公里了，這是兩個完全不同的概念，是需要科學(xué)和技術(shù)上的巨大進(jìn)步才能做到這一點。所以我覺得現(xiàn)在有好的推動，其實還得靠我們自己，那是對過去的一個肯定，對過去科學(xué)家的肯定。
《知識分子》：量子信息的另外一位先驅(qū)，在今年獲得科學(xué)突破獎的布拉薩德曾表示，19世紀(jì)是蒸汽的時代，20世紀(jì)是信息時代，21世紀(jì)往下看應(yīng)該是量子的時代，您是否認(rèn)同這個說法，另外，相對于量子信息來說，好像量子計算還需要經(jīng)過一段時間才可以真正成熟，您有沒有一個展望？
潘建偉：今年獲得科學(xué)突破獎的四位專家（Charles H. Bennett, Gilles Brassard, David Deutsch,Peter W. Shor），有兩位是提出量子計算的，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了量子計算的發(fā)展，這是四位理論專家。
所以今年我們這個領(lǐng)域也可以算是是雙喜臨門了，兩邊都得到了充分的肯定，無論從理論和實驗上。我覺得我們對一些物質(zhì)科學(xué)基本現(xiàn)象，如果說能夠得到非常充分的理解，因為我們的整個世界是由原子組成，所以最后涉及到的都是來計算一些原子、電子的能級的分布等等，那么在這里面用我們傳統(tǒng)計算機(jī)在本質(zhì)上就只能算其中的一小部分，對絕大多數(shù)問題是算不動的。
所以從這個角度上來講，如果沒有量子信息處理的發(fā)展，沒有量子計算的發(fā)展，我們未來對自然界的理解將是非常困難的，所以我覺得將來能夠?qū)ψ匀挥幸粋€比較全面的理解，一定要發(fā)展量子信息技術(shù)。
量子計算什么時候能成功出來？我覺得我們在五年的時間里面，我們很有信心能夠造出一些專用的量子模擬機(jī)來推動整個領(lǐng)域的發(fā)展，這是第一點。
第二點，我覺得我們現(xiàn)在面臨非常重要的問題要來解決糾錯的問題。如果說糾錯的問題能解決的話，我覺得10~15年后通用的量子計算也會取得長足的進(jìn)展。所以，從某種意義上講，我們五年里面就會有非常讓人驚喜的一些東西出來了，但10~15年后（會到何種程度）我們現(xiàn)在還不知道，但是我們是充滿期待的。如果說能夠把計算過程當(dāng)中所產(chǎn)生的一些錯誤給解決的話，我覺得這個領(lǐng)域在10~15年里面是大有可為的。
《知識分子》：量子信息或者量子計算的發(fā)端其實是比較早了，像這次諾獎涉及到的貝爾不等式的檢驗，貝爾本人雖然沒獲諾獎，但一直鉆研這個問題。您本人也是從年輕人，然后逐漸成長為領(lǐng)軍人物，不知道您有什么樣的建議給到年輕人，在一個領(lǐng)域不太熱的時候能夠堅持做下去？
潘建偉：我覺得如果貝爾在世的話，他應(yīng)該很多年之前就獲獎了，因為人有時候需要一些幸運的成分在里面。
對于年輕人來說，其實前陣子我有一個關(guān)于楊振寧先生傳的一個解讀，我覺得楊先生說的那幾條都是非常重要的。他覺得要在一個領(lǐng)域剛剛興起的時候，你就要介入，要在早期就介入。
我在1996年的時候，當(dāng)時就相當(dāng)于正好是有幸參與了量子信息技術(shù)的第一批實驗。我們當(dāng)時應(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)會選擇一個比較好的領(lǐng)域，在這個領(lǐng)域剛剛開始興起的時候就進(jìn)去，這是非常重要的。
（訪談、撰文|邸利會 責(zé)編|錢煒）
