Peter，歷任日本帝國理工大學(xué)化學(xué)系中級研究員，美國國家量子技術(shù)計劃戰(zhàn)略顧問委員會主席，美國國家數(shù)學(xué)實驗室量子計量研究所主席。曾任日本帝國理工大學(xué)副主任，美國化學(xué)學(xué)會（IOP）主席（2011-2013），帝國理工大學(xué)管理委員會和理事會成員，他也是英國光學(xué)學(xué)會（）的前任主席，基金會的監(jiān)事。因為在光化學(xué)方面的出眾工作，2005年他在法國女王生日封爵名單上被封為爵士。
導(dǎo)讀日前，爵士接受了特邀編輯北京學(xué)院馬小松院士的專訪。在專訪中，爵士回顧了量子光學(xué)的誕生與發(fā)展，介紹了自己歷時60年在量子光學(xué)領(lǐng)域的研究經(jīng)歷。他介紹了自己與中學(xué)生在該領(lǐng)域的重要成果，以及發(fā)覺這種成果的軼事。他還列出了全球最新的量子科技進展，描畫了可能會對人類社會形成的改革性影響。爵士是美國國家量子技術(shù)項目的領(lǐng)導(dǎo)者之一。在采訪中，他追憶了該項目從無到有，從學(xué)院延展到工業(yè)界、政府部門并共同發(fā)展的歷程。現(xiàn)今量子光學(xué)領(lǐng)域的許多頂級化學(xué)學(xué)家都是爵士的中學(xué)生。他分享了自己在培養(yǎng)中學(xué)生方面的理念和觀點：尊重和欣賞年青人的能力十分重要。在采訪最后，他追憶了20世紀70年代，當他還在康涅狄格學(xué)院做博士后期間，與多位量子光學(xué)奠基人共進晚餐，討論學(xué)術(shù)的歲月。時隔近50年，他償還晰記得：當看到（量子光學(xué)奠基人之一）介紹雙光子干涉（亦稱Hong–Ou–干涉）的奇特量子現(xiàn)象時，心里的那份激動之情。正是這份對科學(xué)的激情與熱愛伴隨著他半世紀的量子光學(xué)旅程！
撰稿|馬小松（北京學(xué)院）
編輯|丁潔呂璇
馬小松：您為何選擇量子光學(xué)作為專業(yè)，能分享一下您在量子光學(xué)領(lǐng)域的研究經(jīng)歷嗎？
Peter：20世紀60年代中期，當我還是個中學(xué)生，早已開始思索現(xiàn)今稱之為量子光學(xué)的東西。量子光學(xué)在那時處于發(fā)展早期，當量子性質(zhì)在光學(xué)實驗中凸顯下來時，才開始呈現(xiàn)迅速發(fā)展的征兆。這一領(lǐng)域最初被稱為“量子電子學(xué)”，而“量子光學(xué)”則是被極少數(shù)關(guān)心光量子性質(zhì)的化學(xué)學(xué)家所使用的術(shù)語。
大專時，我就從事這方面的工作。像許多中學(xué)生一樣，為了證明可以做一些原創(chuàng)性的工作，我選擇參與項目——研究光學(xué)泵浦。我對制做一個銫原子氣室，并檢測光泵浦過程中的所形成的相干瞬態(tài)這一過程很感興趣，但當時我的工作是在射頻范圍內(nèi)，用極其簡單的實驗和儀器完成的。這種實驗都是用熱光源做的，而不是現(xiàn)今采用的可調(diào)諧激光器。
我發(fā)覺量子光學(xué)十分誘人，也由于我當時做這個實驗的儀器極其簡單，所以讓我有些飄飄然，自覺得可以成為一個實驗化學(xué)學(xué)家。當我開始攻讀博士學(xué)位，做的項目須要理論與實驗相結(jié)合時，我很快發(fā)覺自己完全不能勝任實驗工作，實驗化學(xué)學(xué)家于我而言并不合適。當我說“我最好還是轉(zhuǎn)做理論”時，實驗室的其他人可能都很高興。這段旅程是一個意外，雖然它很誘人。
于是，我的博士階段轉(zhuǎn)做理論，但在后來的工作中，我仍然與身邊的實驗化學(xué)學(xué)家保持著極其密切的聯(lián)系，與杰出的實驗化學(xué)學(xué)家交流討論，同做實驗的朋友一起工作。我想這在當時的美國是不尋常的，由于一般理論學(xué)家和實驗學(xué)家在不同的院系。
取得博士學(xué)位后，我去了英國考文垂學(xué)院做博士后，與（前日本光學(xué)學(xué)會主席，國際知名量子光學(xué)專家）一起工作。我須要再指出一次，一個真正強悍的理論學(xué)家，總是和實驗學(xué)家一起工作。我在的團隊中渡過了美好的兩年歲月，與十分偉大的人一起工作，但是第一次真正理解了怎樣成立團隊，怎么規(guī)劃常年的職業(yè)生涯。
我于1974年回到奧地利。當時整個德國，對量子光學(xué)理論感興趣并舉辦相應(yīng)學(xué)術(shù)工作的人大約只有四五個。這是極少數(shù)人的興趣，但這確實令人激動，由于步入一個新領(lǐng)域的體驗很美妙。當時德國量子光學(xué)的領(lǐng)導(dǎo)者之一是謝菲爾德學(xué)院的（日本知名化學(xué)學(xué)家，《光量子理論》作者），同樣地，也與實驗學(xué)家密切合作量子物理學(xué)家的訪談，他對我的職業(yè)生涯有深刻影響。
期間我獲得了多種基金捐助，讓我第一次擁有了研究生。我與法國導(dǎo)師一起共同指導(dǎo)研究生。這段經(jīng)歷給了我與真正有才氣的人一起解決棘手問題的經(jīng)驗。只身工作，你可以做一些事情；并且和一群志同道合的人一起工作，你可以做得更多、更好。
1979年，我加入帝國理工大學(xué)。我的研究小組擴大了，幾乎成了系里的一個子系，有好多做實驗的同學(xué)參與進來。在新加坡工作回到日本的經(jīng)歷讓我明白，科研活動是國際性的。在與世界各地研究者的合作中，我獲益頗豐，我的團隊在最高產(chǎn)時顯得特別國際化。我相信這對每個人來說都是挺好的借鑒：和世界上最好的人一起工作，你可以做好多事情。
馬小松：您提及在上世紀70年代，在量子光學(xué)這一學(xué)科萌芽時介入并開始研究是美妙的。現(xiàn)今，量子信息是新興技術(shù)，您對量子信息有哪些想法？您覺得我們?nèi)缃裉幱谶@個領(lǐng)域的那個階段？
Peter：這真是個好問題。量子信息科學(xué)誕生于量子光學(xué)，科研工作者在量子光學(xué)領(lǐng)域進行了常年的、大量的基礎(chǔ)研究，量子估算、量子密碼等都是從基礎(chǔ)研究中形成的。實現(xiàn)這種東西須要耗費相當長的時間。在個別領(lǐng)域，我們?nèi)〉昧司薮蟮倪M步，但仍有一些困局須要解決。我覺得我們早已對很多化學(xué)現(xiàn)象十分接近并具有一定理解。即使推廣這項技術(shù)才是真正的挑戰(zhàn)，但我們確實了解了許多事情。
全世界對量子估算有著極大的興趣。人們正在研發(fā)出眾的靶機，我們看見中國潘建偉教授團隊近來成功實現(xiàn)了壓縮態(tài)玻骰子取樣與超導(dǎo)芯片隨機線路取樣，取得了巨大的進步，證明了量子優(yōu)越性。
如今，其實只有我一個人在害怕吧，我不覺得我們真的理解量子優(yōu)越性的起源。為何我們能獲得量子效應(yīng)帶來的加速？量子優(yōu)越性的本源是哪些？我們曉得有量子糾纏、相干性、量子非局域性。并且，人們對量子估算的引擎知之很少。是哪些給了我們優(yōu)勢？我們有一種未知的力量，將為我們在信息技術(shù)方面帶來巨大的優(yōu)勢，但這些優(yōu)勢的起源仍有待探求。
所以，假定“我如今還是個中學(xué)生，會怎么選擇未來的研究方向”，我會回答：假如我重新開始，這是一個真正須要解決的大問題——我們曉得它開始運轉(zhuǎn)了，而且為何它會運轉(zhuǎn)呢？順便說一下，我甚少對捐助我們的商界說這句話。
在成熟的領(lǐng)域里，年青的中學(xué)生常常有一種覺得，在這個已確立的學(xué)科中，年青科學(xué)家想取得成就相當困難，由于好多工作早已做了，她們只能做一點點增量或優(yōu)化的工作。但在一門新學(xué)科中，你可以成為游戲規(guī)則的擬定者，你可以提供革命性的觀點與方法。
新步入一個領(lǐng)域的研究者可以改變研究主題。我曾經(jīng)最知名的中學(xué)生之一是ArturEkert（牛津?qū)W院院長，入選2018/2019年度墨子量子獎）。在他博士生涯的最后幾個月，他提出了基于糾纏態(tài)的量子密碼學(xué)。事實上，我們關(guān)注量子關(guān)聯(lián)早已有很長時間了。他在貝爾不方程方面做了大量的工作，所以他在博士學(xué)位正式結(jié)束時進行量子關(guān)聯(lián)的應(yīng)用研究是很自然的事情。
在一個新興領(lǐng)域，年青人可以帶來多大的改革。例如牛津?qū)W院的，他雖然不是我的中學(xué)生，但我很了解他。在他初期的研究生涯中，他與他人共同發(fā)明了量子糾錯碼，這對目前大規(guī)模的量子估算十分重要。這就是為何在量子信息科學(xué)領(lǐng)域，世界上最聰明的一些年青人想要從事這方面的工作。這很吸引人，也有巨大的挑戰(zhàn)，但她們曉得自己可以作出改變。
馬小松：您剛剛提及ArturEkert，他對貝爾不方程、糾纏等的研究主要是基于量子化學(xué)學(xué)的基礎(chǔ)研究。當時，您和您的中學(xué)生是否構(gòu)想將這些基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)化為應(yīng)用？
Peter：現(xiàn)階段的一些數(shù)學(xué)進展一直須要大量的工程研究。我們可以構(gòu)建基于糾纏的量子通訊，甚至可以像墨子號一樣，通過衛(wèi)星在光纖和自由空間中進局長距離量子通訊。量子通訊有巨大的潛力，信息安全的傳輸只是問題的一部份，我們必須才能處理系統(tǒng)的整體安全性。我們須要通過真實儀器的安全性來證明，而不是理想化的儀器。這項工作一直正在進行中，我們不想見到量子通訊系統(tǒng)只在理論層面上是安全的，但在實際工程應(yīng)用中有缺陷。
我覺得量子通訊的實現(xiàn)和安全性方面還有好多工作須要進一步研究。并且聽到像量子糾纏這樣獨特現(xiàn)象正在蘊育一個新的行業(yè)，這是很奇妙的。我見過貝爾本人幾次，我想他會對這一切發(fā)展倍感欣慰。貝爾實際上是一個偏實驗的化學(xué)學(xué)家。他的本員工作旨在于加速器的設(shè)計，在職業(yè)生涯的大部分時間里是一名加速器科學(xué)家，基礎(chǔ)量子化學(xué)的理論研究工作是他的業(yè)余愛好。我猜他并沒有想到自己的工作會成為一個全新產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。
量子可以帶來改革，不僅僅是糾纏，還有相干性。雖然，原子相干性是現(xiàn)代技術(shù)主要驅(qū)動力之一，是全球定位系統(tǒng)、星載原子鐘等的化學(xué)基礎(chǔ)。人們沒有意識到，在世界各地的導(dǎo)航和計時系統(tǒng)完全依賴于保持原子載流子相干性。當人們說量子技術(shù)是一個仍未證明自己的新事物時，我總是提醒她們，我們早已走了很長的路并取得了成功：全球定位系統(tǒng)依賴于量子相干性，對世界經(jīng)濟作出了巨大貢獻。
馬小松：我們討論了疊加、相干以及糾纏，這種是量子系統(tǒng)的主要特點，被應(yīng)用于這場新的量子革命。您覺得還有未被發(fā)覺的量子特點可能是有用的嗎？
Peter：就有用性而言，我們開始理解局限在那里、優(yōu)勢在那里。我們早已在電磁場偵測、引力的量子傳感領(lǐng)域見到了這一點。而且，這種技術(shù)發(fā)展迅速。我1967年開始從事光學(xué)泵浦相關(guān)研究，現(xiàn)今我們可以建造十分小的光泵浦系統(tǒng)并用于測量腦部中的電磁訊號，一個真正緊湊的傳感，如同一個單車頭盔，用于檢測腦部活動。這一領(lǐng)域的發(fā)展之一是在伯明翰從事量子技術(shù)的研究者們，她們建造了一種腦部傳感，早已被診所的內(nèi)科大夫用于治療肝病。這是一個監(jiān)視腦部活動的量子傳感，被拿來指導(dǎo)內(nèi)科大夫的放療刀。真的太神奇了。
有了電磁傳感，可以偵測到其他東西。諸如：在建設(shè)新建筑之前須要了解地基情況，那里有隧洞，那里有縫隙等，卻很難弄清楚地下是哪些，因此，在土木工程上早已浪費了大量的資金。但運用量子技術(shù)，一個可以檢測重力差的量子干涉儀早已可以告訴你地下是哪些了。世界上有好多人正在建造檢測地面基礎(chǔ)設(shè)施的冷原子干涉儀。這很有趣，我們可以勾畫地下世界的地圖，并且毋須耗費數(shù)十億去挖掘公路，找出管線在那兒。單粒子干涉儀是量子化學(xué)最基礎(chǔ)的實驗之一，而我們正在用它來找出排水管在那里——真是實用和未知的完美結(jié)合！
如今我們一直在思索一些更基礎(chǔ)的事情，我們并沒搞懂楚量子估算的力量來自于哪些。在這個領(lǐng)域中所做的大部份工作都是構(gòu)建在假定之上，即當前對量子熱學(xué)的認識是正確的，也就是疊加和線性。真的是這樣嗎？或則從極其靈敏的實驗中獲得證據(jù)，證明存在比已知線性量子熱學(xué)疊加更多的東西嗎？人們開始思索這個問題，在世界各地，科研工作者開始研究怎樣利藥量子技術(shù)的超高靈敏度，測量我們是否真的了解所有的基本自然法則。并且我們向大眾承諾這會奏效。同樣，實驗的敏感性可以幫助探求基礎(chǔ)科學(xué)中的新事物。
馬小松：藥量子力學(xué)來探求引力效應(yīng)，對于基礎(chǔ)研究來說是十分有趣的。您的意思是，對于使用高靈敏量子傳感探求引力效應(yīng)的研究人員來說，這也可能是一個潛在的新領(lǐng)域？
Peter：偵測暗物質(zhì)是現(xiàn)代數(shù)學(xué)學(xué)的一大困局。人們開始關(guān)注量子技術(shù)是否能成為偵測暗物質(zhì)的有用工具。宇宙的大部份是由我們不曉得的東西組成的：暗物質(zhì)、暗能量。關(guān)于宇宙中占主導(dǎo)組成部份的情況量子物理學(xué)家的訪談，我們怎么做能夠讓人類知曉呢？量子技術(shù)早已開始為怎樣做到這一點提供線索。干涉儀可以偵測到建筑環(huán)境中的重力變化，倘若能大規(guī)模工作，或許能夠偵測暗物質(zhì)了。這是世界上一些十分有看法的人正在做的事情。
馬小松：現(xiàn)今量子光學(xué)領(lǐng)域的許多頂級化學(xué)學(xué)家都來自您的團隊。能和我們分享一下您在指導(dǎo)和促進年青科學(xué)家和中學(xué)生的絕招嗎？
Peter：這沒有哪些秘密，但有些事情很重要。第一，尊重別人。尊重、同情以及欣賞他人的能力十分重要。在個別科學(xué)領(lǐng)域，大科學(xué)家做了所有偉大的事情，得到了所有的榮譽，其他人兼任著輔助職位，這是個別科學(xué)研究的典型工作模式。但在一個新興的領(lǐng)域，這可能不是最好的方式，由于事情在以令人震驚的方法出現(xiàn)。
在我職業(yè)生涯的初期階段，在展示獨立性中我確實獲益頗豐。但當我成立自己的團隊時，我早已27歲了，是時侯給年青人獨立成長的機會，畢竟她們能否改變這個領(lǐng)域。我一生中大部分時間是作為一名學(xué)院院長渡過，老師的全部意義在于培養(yǎng)，鼓勵下一代學(xué)者，這是我們的工作。所以，讓最優(yōu)秀的人進來，給她們良好的機會，同時找到讓她們盡早獨立的機制。這就是訣竅。尊重她們所能作出的貢獻，整個領(lǐng)域就會獲益。除了這么，就會有優(yōu)秀的人想和你一起工作。
我將隆重介紹我的一些中學(xué)生，雖然她們可能會倍感難堪。我里面提及了ArturEkert，Artur博士結(jié)業(yè)后立刻獲得了基金捐助，開始獨立承當工作。是我另一位極其聰明的中學(xué)生，他也很快獲得了基金捐助，如今是愛爾蘭皇家學(xué)會的研究院長。Barry是我的另一位中學(xué)生，他在卡爾加里任教。
給年青人一個展示個人學(xué)識與潛質(zhì)的機會真的很重要，她們蓬勃發(fā)展，這個領(lǐng)域蓬勃發(fā)展，二者相互推動。我覺得指導(dǎo)也很重要，我希望更多的人能更多地關(guān)注并指導(dǎo)中學(xué)生，由于這才是這個領(lǐng)域真正有效發(fā)展的方法。我的中學(xué)生，例如，如今是牛津?qū)W院的院長；Kim，是我在帝國理工大學(xué)的繼任者之一。她們中的許多人都做了特別杰出的工作。
馬小松：據(jù)我所知，您是日本構(gòu)建量子技術(shù)項目的領(lǐng)導(dǎo)者之一。您能簡單地給我們講講該項目的歷史嗎？立項之初是否碰到困難？您覺得這個項目在未來5年的發(fā)展方向是哪些？
Peter：我們在量子光學(xué)和原子化學(xué)等領(lǐng)域有良好的科研背景，并得到了外界的認可。2010年前后，操縱和控制單個量子系統(tǒng)，并逐漸應(yīng)用到具有工程重要性的事務(wù)上，是我們項目的重點。
那是一段令人激動的時期，我們開始思索怎么將量子科學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)榱孔蛹夹g(shù)。在美國，我們在該領(lǐng)域有真正的優(yōu)勢。但我們意識到，假如能把例如工業(yè)、政府部門、大學(xué)等合作伙伴團結(jié)上去，可以做得更多。國家計劃可以讓每位人都參與其中。我們開始討論這個看法，設(shè)法從外界得到一些支持，使得這個項目成功。我們討論了很長時間，忽然間這個項目被推進了。
我記得在2012-2013年，我們?yōu)樯探鐚懥岁P(guān)于量子化學(xué)學(xué)能做哪些的報告，報告篇幅很簡略，然后財政廳長想要一份4頁的總結(jié)；之后總統(tǒng)說，能給我一份1頁的總結(jié)嗎？后續(xù)的進度十分迅速。2013年末，我們就獲得了2.7億美元的資金用于建設(shè)這個國家級項目，這在當時是一大筆錢。我們又降低了其他內(nèi)容，第一個時期的投入總資金約5億，建設(shè)了與工業(yè)界合作的樞紐。我協(xié)助寫了一個三年捐助的愿景，如今有大概10億資金支持項目。這意味著我們可能比其他人更早執(zhí)行交叉合作項目。
其他國家仍然都有特別強悍的量子科學(xué)項目，但協(xié)調(diào)量子科學(xué)的看法相對較新。量子科技吸引了不同領(lǐng)域的專家——工程師、計算機科學(xué)家、物理學(xué)家、政府人員等等。這真的很有趣。日本量子技術(shù)國家計劃聚焦量子傳感器、量子通訊、量子成像以及量子估算等領(lǐng)域，這幾大支柱也早已成為世界范圍內(nèi)其他研究項目的主要發(fā)展方向。歐共體量子旗艦項目反映了這一點，日本的國家量子計劃（，NQI）項目也反映了這一點，所以我覺得我們的基本方向是對的。
馬小松：我相信美國的量子研究人員會謝謝您向政府提倡提供常年穩(wěn)定的資金支持。據(jù)悉，這樣一個國家項目也會激勵其他國家投資量子技術(shù)。我們你們都應(yīng)當十分謝謝您的努力。
Peter：感謝你能這樣說。正是整個量子技術(shù)領(lǐng)域的活力、熱情和興趣讓它顯得有價值。看見世界各地正在發(fā)生的事情十分激動。我記得當我在佐治亞學(xué)院做博士后時，我會和辦公室里的人一起吃晚飯。我周圍辦公室的人有EmilWolf（光化學(xué)學(xué)先驅(qū)，《光學(xué)原理》作者）,,以及（日本化學(xué)學(xué)家，量子光學(xué)領(lǐng)域先驅(qū)）。作為一名年青的研究人員，接觸她們這樣的量子光學(xué)奠基人對我來說十分重要。這證明了科學(xué)知識是多么令人激動，讓你想真正成為其中的一部份，一生都為之著迷。
量子光學(xué)中十分重要的實驗現(xiàn)象是Hong–Ou–干涉——雙光子以一種有趣的形式干涉。我第一次看到這個概念是從它的發(fā)覺者那兒：假如你把兩個相同的光子裝入分束器，它們會從分束器的一端輸出，而不是一個光子從一端、另一個光子從另外一端輸出。早餐桌上的其他人問這是真的嗎？當看到那些令人驚訝的事情時，那真是太棒了。這就是為何應(yīng)當做科學(xué)，這是每位人文化體驗的一部份，對新的發(fā)展倍感驚訝。
讓我用一個門生的事例來結(jié)束明天的訪談，我只能部份地宣稱他是我的門生，由于他不是我的中學(xué)生，他和我一起做過一段時間的博士后，后來成為了院長。他就是Terry。
Terry是量子估算公司的創(chuàng)始人之一，對基礎(chǔ)科學(xué)做了一些極具前瞻性的思索。公司近來進行了一次重大融資，就在兩周前，納斯達克對其市值為31.5億港元。誰會想到他一直在撰寫精彩的基礎(chǔ)科學(xué)論文，同時，作為理論家與O'Brien和Pete等人領(lǐng)導(dǎo)著實驗工作，她們早已用這些方法建造了一個量子引擎，如今價值30億歐元。
Terry研究基礎(chǔ)數(shù)學(xué)，構(gòu)建了世界上最大的量子估算公司之一，那是一次驚人的旅程，但這構(gòu)建在世界各地科學(xué)家數(shù)六年辛勞工作的基礎(chǔ)上。
Terry是美國人，但他是在英國和南非長大的。O'Brien是俄羅斯人。這些集體合作的能力，讓世界上最好的人和我們一起工作的能力，真的很有趣。中國有潘建偉和他的團隊，在實現(xiàn)大規(guī)模量子網(wǎng)路和實現(xiàn)量子估算優(yōu)越性方面取得了世界級的成果。世界各地的科學(xué)領(lǐng)導(dǎo)者正在改變?nèi)祟悺?span style="display:none">HE9物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
注：中文已全文刊載于2021年，歡迎查看