2022年諾貝爾化學學獎獎給了三位量子信息科學的先驅阿蘭·阿斯佩（Alain），約翰·克勞澤（JohnF.）和安東·蔡林格（Anton）。適逢機會，2022年12月29日，在抖音知識，網易財經智庫和C位觀察欄目聯合組織下，作者周思益和中國科大學教授、中國科學技術學院潘建偉院士以及2022年諾貝爾獎得主蔡林格院士做了一期采訪節目。這個節目屬于抖音承辦的#（硬核知識局）活動。以下是采訪實錄。
■嘉賓簡介
蔡林格院士：英國量子化學學家，諾貝爾獎得主，維也納學院化學學榮譽院士，英國科大學量子光學和量子信息研究所資深科學家和研究員，德國科大學院子長。他的研究大多涉及量子熱學基礎以及量子糾纏的應用。2007年，蔡林格院士在紐約被授予了第一個艾薩克牛頓獎狀，得獎理由是他對量子化學學的基礎，開創性的概念以及實驗的貢獻，早已成為量子信息領域快速發展的基石。2022年10月，他和阿蘭·阿斯佩和約翰·克勞澤共同獲得了諾貝爾化學學獎。她們出眾的工作包括對糾纏光子的實驗確立了貝爾不方程的違背和開創量子信息科學。
潘建偉院士：1987年開始在中國科學技術學院近代化學系學習，1992年專科結業，1995年獲得碩士學位。1996年，去南非因斯布魯克學院，在蔡林格院士的研究團隊工作，1999年獲得博士學位。2001年潘建偉回到交大，構建量子化學和信息實驗室。2016年，潘建偉教授團隊研制的“墨子號”量子科學實驗衛星成功發射，施行世界首例衛星與地面之間的量子通訊。2017年，潘建偉教授團隊領導建造了世界上第一個長距離光纖量子保密通訊骨干網“京滬干線”。結合墨子號量子衛星和滬寧干線，潘建偉教授團隊和蔡林格院士團隊第一次合作實現了洲際量子秘鑰分發。2020年，潘建偉教授團隊建造了76光子量子計算機“九章”。它處理高斯玻骰子取樣問題比當時世界上最快的超級計算機“富岳”快一百萬億倍，實現了量子估算的里程碑。
周思益：首先我想討教二位的一個問題是，為何大家選擇了糾纏的光子作為研究對象而不是糾纏的電子，是由于糾纏的光子比電子好得多嗎？
蔡林格：不是的。我想我不會說糾纏光子要好得多。在通常情況下，糾纏在一起的一切都很有趣。雖然是非糾纏態，量子化學學也可能特別有趣。我最早是研究非糾纏系統的，例如說中子【1】。五六年前，我轉向了糾纏系統。由于中子是不能糾纏的，雖然是世界上最好的反應堆，也不能形成足夠的中子。所以我轉向了糾纏光子，它們更容易處理，你可以更容易地進行操作。光子比電子或是糾纏原子多，并且在通訊方面也是有益處的。其實建偉可以解釋一下。
潘建偉：我完全同意安東說的話，很難說糾纏光子比糾纏電子好。其實，糾纏光子也有一些優勢，非常是在量子通訊方面，由于光子是最好的信息載體。光子能以光速傳播，但是與環境的互相作用微不足道。所以這是一個挺好的選擇，可以進行長途通訊，同時因為可以忽視環境的互相作用，我們可以很容易得到多光子糾纏。其實我們前面會提到這個。在安東的先驅性工作以后，如今我們要進一步進行250個光子的操縱。這可能是我說為何糾纏光子比糾纏電子更好的其中一方面的誘因。
九章二號144模式干涉儀（部份）實驗相片
周思益：安東你剛開始說了你最早研究了非糾纏的中子，這么為何中子不能有糾纏呢？
蔡林格：中子只能在中子的性質之間有糾纏，例如說動量和極化，等等。這種性質必須是在同一個位置上。你不可能有兩個在很遠的距離上仍有糾纏的中子。我意思是說在原子核內部你可以有兩個糾纏的中子。我想可能是在氦原子的內部有糾纏的中子。但問題是你得把它們隔得很遠。我們工作的基礎，貝爾定律，只適用于可以分離的系統。
周思益：這么你是如何在實驗上打算一堆糾纏的光子呢？
蔡林格：在克勞澤和阿斯佩的實驗中，她們在原子技術級聯中使用了光子。好的，我把它糾纏上去了，但問題是你沒有辦法得到真正的高度糾纏。你沒辦法讓光子有良好的定向。我們使用了自發熱阻下轉換方式來制備光子【2】。只須要將激光射入一種特殊的晶體中，假如你做得對，有些會糾纏在一起，但一般不會。這就是這個下轉換的方式。這個下轉換是許久曾經伯納姆和溫伯格發覺的。第一個光學方面的實驗是由Alley和Shih完成的，但是在80年代初期在美國的一個大會上公布【3】。我們立刻意識到了這才是正確的方向。于是在建偉來之前不久，我們開始研發一種新的源，主要活動由PaulKwiat完成。
自發熱阻下轉換的原理示意圖：一束激光射入非線性晶體以后會形成垂直偏振光的光子和平行偏振光的光子。這兩個光子是相互糾纏的。
周思益：由于去年的諾貝爾獎頒給了貝爾不方程的驗證實驗，那你一般是如何對非專業人士解釋貝爾不方程的？
蔡林格：如同它們在諾貝爾獎頒獎禮上解釋的那樣，你可以有兩張紙。你在一張紙上寫了1，另一張紙上寫了0。糾纏的關鍵在于，在你看它們之前，它們不一定是0和1。在你看了以后，才發覺一張紙上寫了1，另一張紙上寫了0。貝爾不方程說的是，你應當做這樣一個雙態系統，二者之間的某種關聯難以用系統來解釋。兩個系統之間沒有發生頓時交互擁有各自的特點，自然界中沒有任何東西可以定義，在任何地點具體會發生哪些，然而它們卻息息相關。
周思益：如今我們結束第一部份內容，接出來我們來討論網上的熱議話題。人的意識究竟是精典化學支配的還是量子化學支配的呢？意識會不會對雙縫干涉的實驗結果形成影響？
潘建偉：我覺得意識不太可能只涉及精典熱學。量子熱學一定在腦部中發揮作用。否則，這個世界會很無趣：所有的東西都可以被復制。我可以復制兩位安東蔡林格院士，這樣我就不曉得哪位是我的導師了，這樣我們還會碰到一些問題了。并且量子熱學可以制止你做最精確的復制，雖然是單個粒子的未知狀態也復制不下來。所以我相信量子熱學一定在某種程度上與我們的腦部機制有關。
蔡林格：也有可能量子力學是不夠的。我和丹尼爾·格林伯格有很深的交情。他是這個領域的先驅之一。他以前寫道，我確信有三天，量子熱學將被更深層次的理論代替，這個更深層次的理論甚至會比現今的量子化學更奇怪。我們之后會更了解腦部工作的機制。量子化學在腦部中起作用嗎？這個問題十分重要。假如你可以回答完全正確，或則完全不對，對于任何一個回答來說，假如你可以證明的話，你一定就可以得到一趟去斯德哥爾摩拿諾貝爾獎的旅行了。
周思益：另外一個網上熱議的話題是，在日常生活中，有好多產品聲稱自己是量子科技，例如說量子能量倉、量子美容儀，等等。有沒有真正的和量子有關的處于實際應用階段的產品呢？
蔡林格：你提及的產品跟量子化學沒有關系。這個詞的濫用跟能量這個詞的濫用是一樣的。好多人說某種抗生素上面富含能量哪些的，這種都是無稽之談。其實建偉曉得更多的內容。
潘建偉：我們有兩種產品，一種是跟量子熱學相關的產品，例如說我們的手機、相機、內存，還有電瓶等等，這種都是量子熱學相關的產品。另一種是第二次量子革命相關的產品，例如說導航和激光，也許可以在因特網上有用，還可以探求基于量子疊加和量子糾纏的保密通訊等等。去年諾貝爾獎的背景介紹中提及了貝爾不方程違背的構建，這直接關系到量子秘鑰分發的安全性。這些場景早已找到了一些初步的應用。很快還會有更實際的應用。另一方面，近來人們也在使用量子技術進列寬精度檢測，可以用于導航。其實在未來的引力波檢測中找到好多其他的應用。
周思益：我想討教一下潘建偉教授，你在因斯布魯克學院讀書的時侯量子物理糾纏理論，你覺得蔡林格院士是哪些樣的人？他對你影響最大的是哪些事情？
潘建偉：雖然10月4號獲知安東獲得諾貝爾獎的信息然后，我試著給安東打電話，并且他的電話仍然忙音。幾分鐘以后我們再給他打電話，他的電話一直忙音，由于我們總算曉得了，我是說我們看電視，他正在接受專訪。我的第一覺得是安東對所有的中學生都很友好，非常是對來自美國的學生。你可以看見好多來自南京、上海、南京、西安、長沙，甚至在日本的人。她們都是中國人，受過安東多年的教育和指導。
我仍然可以深情地記得，當我的父親和我一起在1998年的因斯布魯克學院的時侯，安東約請我們到他的家里去，那時侯安東還很年青，他的胡須全是黑的，如今它們早已變白了。他約請我們去他家過新年節。20年以后，我的父親、我的孩子還有我的母親量子物理糾纏理論，我們又有機會去拜訪安東在因斯布魯克的家人。
安東對于我來說不僅僅是一個導師，并且還像母親一樣，讓我們成為一生的摯友。我一直記得，安東的廚藝挺好，每年感恩節他就會約請我們。他會約請他所有的中學生到他維也納的家里。他會做一個特別大的火雞給所有的中學生吃。在我心里，安東是一個挺好的面點師。我們十分榮幸能嘗嘗到真正的美味，還有野牛肉。這正是我想提的。
安東對中國也很友好，他是中國科大學的外籍教授。他對發展中國家都挺好，所以他是第三世界科大學的委員會成員。大家可以見到這種慶賀安東的人，10年前被約請去維也納。那時侯她們還很年青，如今她們在中國早已是真正的大人物了。所以昨晚中國能有這樣的研究，很大程度上也是因為安東的指導和貢獻。我們十分感激，在他的引導下，你可以常常見到安東和我們在一起。
2016年，安東視察金昌衛星發射中心。同年，中科大給安東授予了愛因斯坦講席院士，等等。我們展示了洲際量子加密通訊實現的視頻大會。2019年以來，我們許久沒有當面見過了。明天我們很高興能在線上碰面。我們希望今年我們能否再度看見安東。所有那些都與科學無關。
你問我從安東身念書到的主要經驗是哪些。我想提一件很重要的事情。安東是個好媽媽。我記得1997年的一個夜晚，我在辦公室工作到十點半，安東經過我的辦公室，他很高興我還在工作。我說我的老總，我辛辛苦苦為你工作。安東聽了十分不高興。他對我說：不，你不是為我工作，你是為你自己工作。我仍然告訴我中國的所有中學生，你是為你自己工作，不是為了你的老總，不是為了你的上司。你要永遠記住。
他總是給我推薦一些學術文獻，每位禮拜就會寄給我一些論文讓我讀。在2000年，他告訴我，純化是一個很重要的事情。我們應當做實驗。之后我真的花了一整年去讀相關的實驗，一年以后，我對怎樣進行純化的實驗有了更好的看法。另外他總是告訴我，假如你希望確定墨子號衛星的成功，你必須確保打算充分，你付出的打算應當是實際須要的十倍。你曉得，后來墨子號衛星發射以后，我們遇見了一些問題，假如我們忘掉了這堂課，這么我們都會失敗。這就是我從安東身念書到的東西。
蔡林格：特別謝謝你，建偉，還有這兒的所有人，感謝大家的祝愿。雖然那些圖片喚起了我的追憶，你可以把它們發給我嗎？我可以在之后的講演中展示給我的中學生和朋友看。我真的很喜歡跟你們聯系。我真的十分希望我們能在中國或則維也納再度相見?，F今最重要的事情是我們都保持健康。你昨天說我老了，胡須都變白了。好吧，總有三天你也會弄成這樣的。
潘建偉：我還想提一下另一個主題，由于我有點過分激動了。安東是一個挺好的導師，他十分尊重中學生的選擇。由于你曉得我來因斯布魯克學院的時侯，我是一個理論化學學家，我對實驗一無所知。于是我找到了安東，他真的把我帶到了大專生的實驗室。于是我開始使用光學干涉儀了。我那時侯對這種實驗一無所知。他十分尊重我的選擇，尊重中學生的選擇。在中國，趙博，就是剛剛向你慶賀的人，他近來在超冷量子物理領域取得了一些不錯的成績，有了在《自然》和《科學》上發表的論文。他博士后期間是和Peter一起做理論的。回去以后，他加入我們。他說他想做一些實用的數學研究。我就讓他試試，如今他成功了。這就是我在你身念書到的東西。
蔡林格：當我說你不是在為你的老總工作，而是為了你自己而工作，我的意思并不是讓你虛偽，而是說你應當享受你正在做的工作。有時侯你得無視你的老總說的話。假如你足夠努力，這么你會學到好多的東西，比你的老總更了解你的工作。這就是教育的目的。
周思益：我想問問蔡林格院士，得了諾貝爾獎以后是哪些覺得，你對未來的計劃是哪些？獲得諾貝爾獎怎樣影響你對未來的計劃？
蔡林格：毫無疑惑的是，我十分高興。而且我十分忙，以至于沒時間想那些事情。如今我正在打算我在斯德哥爾摩學院的講堂。我想給你們做一個關于我所做的研究的概述，半小時之內講完。這是一個十分巨大的挑戰。之后我想繼續從事化學研究，繼續這種衛星方面的工作。就我個人而言，我對基礎數學學更感興趣。我覺得是在做了所有那些實驗過后，我們對基礎化學的了解更多了。我們早已學會了磨煉我們的直覺。我會寫一本關于量子熱學演繹的書。
周思益：那大家相信量子熱學的多世界展現嗎？
蔡林格：量子熱學的多世界展現是個挺好的看法。并且在我看來，這只是一個逃避真正問題的方法。這些多世界展現企圖依舊用精典的辦法來理解我們這個世界，我認為這不是一個正確的看法。潘建偉院士怎樣看？
潘建偉：我也有同樣的想法。你若果有一個新的演繹，然而這個新的演繹沒有給我任何新的預言，這么任何演繹都是一樣的。
抖音上的聽眾提問
聽眾提問1：在影片《星際迷航》中，人們可以把一個物體從一個地方轉移到另一個地方。在現實中，我們有量子隱型傳態技術，可以把量子態傳輸到很遠的地方，這三者有何聯系？
蔡林格：隱型傳態傳遞的是量子態，而不是物體，所以只能進行信息的傳輸。而物體的頓時聯通我們須要這個物體的所有信息。信息比物質更重要，例如說在我們的身體上面，你用其他的碳原子代替你身體里的碳原子的話，你還是原先的你。我們須要對信息進行傳輸。在量子估算領域有一篇論文，我近來和建偉一起做的，你可以用量子隱型傳態聯接未來的量子計算機。似乎最重要的應用還是在于量子估算前面。
聽眾提問2：潘建偉院士能夠向聽眾介紹一下中國科學技術學院量子信息的相關進展？
潘建偉：我們現今的重點是：
1.量子通訊的大規模應用，而且為未來的量子網路打下基礎。
2.實用的大規模量子估算的東西。
3.高精度的檢測。
我們在中科大的同學在這三個領域齊頭并進。安東提及，希望我們繼續進行合作。隨著墨子號衛星的成功發射，以及在未來幾年內發射的高軌道衛星，我們可以進一步實現量子通訊的相關實驗。另一方面我們也在努力實現量子中繼器。我們希望利用量子隱型傳態技術，實現一千多公里的量子糾纏。安東，我們有一個十分不錯的計劃。利用我們最初的量子糾纏交換的實驗，我們可以在未來的七年左右，在超過千公里的光纖中實現量子糾纏的分配。第二件事情是量子估算。在這個領域我們主要是做一些超冷原子的量子模擬實驗。我們希望我們在不久的將來有一些不錯的結果。在安東的幫助下，我們可以實現遠距離的通訊。我們的高軌道衛星能同時看見俄羅斯和中國，所以我們想瞧瞧短時間傳輸信息到一萬公里以外。
聽眾提問3：在空間上達到更長距離的量子糾纏，最主要的困難在那里？
潘建偉：最主要的困難在光子損失。在光纖中，光纖會吸收光子。在大氣中，因為衍射極限，光束會顯得越來越大。假如我們用一個有限的望遠鏡搜集光線，我們也會有光子損失。依照估算，我對在接出來三年內在法國和中國之間的光子傳輸超過一萬公里有特別豁達的期望。并且在光纖中，在諾貝爾獎新聞發布會上，漢斯·漢森院長明晰談到了安東的關于量子糾纏交換的原創性工作，是解決光子損失的惟一辦法。從1998年到如今，我花了將近20年時間，在安東的指導下，我們第一次實現了量子糾纏交換。如今早已24年過去了，在4年或則6年后，我們應當能利用量子糾纏交換輔助的量子中繼器技術，真正實現光子在1000公里內的糾纏分配。我們可以用量子中繼器技術來解決光子損失。這是這條路的主要難點。怎么解決由光纖造成的光子損失問題上有好多的難點。
周思益：既然你講到了最重要的問題是光子損失，你把衛星送上太空才能解決這個問題。若果在未來，我們有兩個太空衛星，空間中沒有大氣，我們也不須要光纖，做一個純粹的太空上的實驗，你希望實現一個特別特別長距離的糾纏光子嗎？
潘建偉：因為衍射極限，光束會顯得越來越大。假如你想把所有的光都搜集到你的接收器里的話，你真的須要一個特別大的望遠鏡。那會很貴。所以我的意思是量子中繼器可能會在常年運行中啟動。這應當是量子中繼器和量子通訊衛星的組合。假如我們把二者結合上去，我們或許會為全球量子通訊提供一個理想的解決方案。
蔡林格：如今我們來說說關于未來的一些東西。貝爾不方程的檢驗實驗里有好多的漏洞，例如說局域性漏洞和測量效率漏洞（也叫無提高假定）。如今這種漏洞早已堵死上了。未來的實驗不須要再度彌補所有的漏洞。舉個粒子，在一些論文中，我們有和地球上的人一起做的貝爾不方程實驗。當我們才能去火星的時侯，你曉得，去火星須要特別長的時間。在路上，這種宇航員會很無趣。那些人也許可以在宇宙飛船上和地面上的人一起做一些貝爾不方程的實驗。她們有沒有搜集所有的光子并不重要。重要的是我們曉得那些人作出的決定一定是和月球上的人沒有關聯的，是她們自己的自由意志做下來的決定。這一切都十分有趣。
小學生的問題
鄭博元，上海101高中高二中學生，上海市熱學大賽八強二等獎，第39屆全省學生數學大賽決賽二等獎。
提問：近幾六年來，好多科學家設計不同的貝爾實驗去驗證量子熱學的可靠性，其中維也納屋頂實驗將驗證范圍擴大至了整個宇宙時空，請問兩位老師，這個既簡單又激進的方案構想是怎樣形成的？實驗過程怎樣？實驗結果怎樣？
蔡林格：事實上，迄今為止最好的實驗并不是在維也納進行的，而是在加那利群島上【4】。你做了一個貝爾實驗，兩個光子形成而且發送到兩個相距一公里多的兩個站上的兩臺望遠鏡上。這兩臺望遠鏡都處于非常良好的狀態里。這兩臺望遠鏡對著宇宙看類恒星，不僅僅是看星體。這種類恒星距離我們幾十億光年。我們使用這種類星系發出的光的精典擾動來確定隨機數，用在檢測兩個光子的偏振光上。這是我做過的最美的實驗之一。
下一個目標是借助宇宙微波背景幅射。再下一個目標是邁向更古老的宇宙，借助宇宙中微子背景。這僅僅是猜想。更加強膽的看法是走到更古老的宇宙，使用原初引力波。但這只是推測，等實現那一步的時侯，我早已不在了。但這就是我們正在談論的未來。
這個看法就是說你想要來源盡可能獨立，所以你須要使用盡可能古老的光。為了防止這種光源之間的個別相關性，你必須使用十分古老的光，譬如說類恒星發出的光，或則是宇宙微波背景幅射發出的光，還有原初引力波。這是由于我們附近的光源，如我們身邊的星星，它們之間可能有一些相關性，但你沒法預想。
我鼓勵所有的年青人不要被自己如今的可能所限制。其實你有一個現今不可能的看法，但其實在未來就有可能實現了，由于有時侯你不曉得新技術要多快能夠實現。關于隨機數字實驗，第一個隨機數字實驗是我組里的坦帕·克雷格的建議。他使用了單個量子風波的量子隨機性?，旣惿鲞^兩個用互聯網上的數字，例如說股票市場，或則鎖定多少用戶來形成隨機數的實驗。我們原本想用這樣的方式。但后來我們沒有這樣做，由于我們總是太忙了。
在此次節目中，潘建偉教授和蔡林格院士給你們分享了量子糾纏的基本原理，量子糾纏的應用，蔡林格院士分享了關于貝爾不方程的實驗技術。據悉，潘建偉教授和蔡林格院士還分享了自己的科研和成長之路，對年青學者有著十分有價值的借鑒意義。
■注釋
【1】中子干涉儀：安東-蔡林格最早的工作可能是他最不為人所知的。他在中子干涉儀方面的工作為他后來的研究成就奠定了重要基礎。1963年到1971年，他在導師的指導下做了《onaDy-》的博士論文研究。
【2】自發熱阻下轉換：在量子光學里，自發熱阻下轉換是一種很重要的技術，可以拿來制備單獨光子或彼此之間量子糾纏的光子對。早在1970年，大衛·伯納姆（David）與唐納德·溫伯格（）就已對于自發熱阻下轉換給出詳盡科學描述?？_爾·艾利與史硯華首先用自發熱阻下轉換機制制造出糾纏態。魯巴·戈什（RubaGhosh）與倫納德·曼德爾最早做自發熱阻下轉換實驗獲得雙粒子干涉白色。
【3】Y.ShihandC.Alley,inofthe2ndInt'lonofQMinLightofNew,etal.,eds.,ofJapan,Tokyo,1986.
【4】BellTestusingfromHigh-Phys.Rev.Lett.121(2018)8,
■作者簡介
周思益
2014年大專結業于中國科學技術學院，同年步入臺灣科技學院王一研究組讀博士，2019年步入斯德哥爾摩學院Bo研究組做博士后，2021年步入大阪學院野?？∥模∟oumi）研究組兼任外國人非常研究員
主要研究引力波以及宇宙對撞機化學