黑爾戈蘭2025:你的祖母會想要一臺量子計算機嗎?|專訪量子計算先驅PeterZoller

奧地利理論物理學家Peter Zoller在黑爾戈蘭2025學術研討會上。圖片:陳曉雪

導讀:
      今天6月,在量子力學的誕生之地德國黑爾戈蘭,量子計算先驅、奧地利理論物理學家Peter Zoller接受《賽先生》專訪。他表示,量子計算的研究已經取得巨大的進步,進展穩定,但未來整個領域要真正走下去,仍然需要一些對於社會和經濟產生實質性影響的工作。“這方面的工作非常重要,我們必須努力推進。”Zoller說道。
     Zoller教授同時強調,對於所取得的巨大進步,科學家們應該非常誠實地表達自己的超級熱情,小心不要過度推銷這些東西。“只需要一個人過度推銷,就會造成很大的損害。這就是我們所有人非常擔心的事情。”
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系列文章回顧:
陳曉雪 | 撰文
這個夏天,在北海深處的黑爾戈蘭Helgoland),迎來一場特別的聚會——為慶祝量子力學誕生100週年,來自全球各地的約300位物理學家來到這裡,探討量子力學的百年發展以及未來前景。這座面積不到兩平方公里,常住人口僅一千多人的小島,在短短幾天成為量子物理世界的中心。
黑爾戈蘭2025(Helgoland 2025)的會場設在主島東側的北海報告廳,這裡是小島的文化活動中心,與展示島嶼歷史的黑爾戈蘭博物館毗鄰相連。穿過博物館,就是通往報告廳的走廊。報告廳外是一大片草坪,綠樹環繞,安靜隱秘,適合參會者們交流、討論和短暫放鬆。
會議茶歇時,科學家們會在北海報告廳前的草坪交流。圖片:陳曉雪
在這裡隨意走兩步,很容易就碰到那些常常出現在關於第二次量子革命的論文或新聞中的名字,其中包括奧利地理論物理學家Peter Zoller。
Zoller教授是因斯布魯克大學的榮休教授,因在量子光學、量子資訊學和量子模擬領域的奠基性工作而聞名。他身材高大,頭髮花白,走路時神情嚴肅,但一旦開始交談,語速飛快,思維敏捷,總能迅速切入問題的核心,滔滔不絕地分享見解。
會議的最後一天,Zoller作為分享嘉賓參與了主題為“下一個百年”的小組討論,這是本次研討會的壓軸環節,也被視為展望下一個百年量子科學的重要時刻。

黑爾戈蘭2025研討會的最後一個討論:下一個百年。從左至右為:主持人、因斯布魯克大學教授Tracy Northup,因斯布魯克大學教授Peter Zoller,漢堡大學教授Roman Schnabel,馬普學會光學研究所教授Gerd Leuchs,帕維亞大學大學教授Lorenzo Maccone。圖片:陳曉雪

Zoller充滿激情地表示,聽了幾天各種主題的報告和討論之後,包括時空結構、量子資訊、實驗進展等,他變得比以往更樂觀了。他說,他相信容錯量子計算將在本世紀內實現——甚至“也許不需要一個世紀那麼久”。他甚至大膽預測,不久的將來,量子計算的成本可能會顯著下降,“變得便宜”,以至於不再只用於解決那些“只有量子才有優勢”的問題,而可以應用在更廣泛的場景中。
但這並不意味著量子計算已經跨過了實用性的門檻。在回應MIT物理學家 Isaac Chuang 的演講時,Zoller坦率指出,“我們今天是否真的擁有能夠帶來社會與經濟效益的殺手級量子應用?” 他強調,這是所有從業者都需要正視和努力回應的現實。
MIT教授Isaac Chuang在6月11日做了題為From It to Qubit: A Journey of Quantum Informationd的報告。圖片:陳曉雪
他還在討論中展示了一個自己正在思考的概念:“逆量子模擬”(inverse quantum simulation),也可以稱作“量子材料設計”。他解釋說,傳統的量子模擬是從一個給定的哈密頓量(Hamiltonian)出發,讓量子模擬器去預測材料的性質,例如相圖;而“逆量子模擬”是反其道而行之——先畫出我們理想中的相圖,或者定義出某種量子材料的“願望清單”,再透過量子演算法最佳化一個代價函式(cost function),從而“學出”一個能實現這些特性的哈密頓量。他坦言,這套思路還沒有完全成熟,但有望成為整合實用性、量子優勢與機器學習的一個突破口。
而在過去三十年,作為第二次量子革命的關鍵推動者之一,Peter Zoller的理論設想不僅深刻影響了實驗研究的方向,也為整個量子技術的發展打下了基礎。
早在1995年,他與西班牙物理學家Ignacio Cirac合作,在《物理評論快報》發表了一篇如今被視為里程碑的論文[1]。他們首次提出,理論上可以使用被困在電磁場中的離子作為量子位元,來構建計算機。在這個方案中,每個離子的兩個能級可分別代表“0”和“1”,而雷射則用來精確地控制這些離子的狀態和它們之間的相互作用。透過這種方式,就可以在兩個離子之間實現所謂的量子邏輯閘,如CNOT門,這是構建量子演算法的基本單元。
這項提案讓量子計算第一次從概念圖紙走向了可實現的實驗裝置。加州理工學院理查德·費曼理論物理學教授John Preskill曾評論說:“Cirac-Zoller 的方案令我和其他一些人激動不已,因為它使量子計算不再是一個抽象的概念,而是一個我們可以設想為具體且合理的物理系統的東西。”[2]
2012年諾貝爾物理學獎得主、離子阱實驗先驅David Wineland也在他的諾獎報告中高度評價了這項理論:“這篇開創性的論文是第一個關於量子資訊處理器如何實現的全面構想。”[3]
這一理論很快便在實驗中得到驗證。Wineland團隊同年就透過實驗演示了其基本原理。他們成功實現了兩個離子之間的糾纏態,這是量子邏輯閘操作的核心步驟。此後,世界各地實驗室開始紛紛展開相關研究,離子阱平臺也迅速發展為量子計算領域最先進的技術之一。
Ignacio Cirac、David Wineland 和 Peter Zoller 榮獲 2010 年富蘭克林獎章。圖源:John Preskill個人部落格
除了量子計算,Zoller的工作在量子模擬領域同樣具有開創意義。他與Cirac及合作者提出,超冷原子可以作為一個通用而靈活的工具箱,幫助科學家研究複雜的凝聚態物理問題,比如高溫超導、量子磁性或量子相變。其中代表性的工作,就是1998年他們提出使使用被雷射束形成的“光學晶格”來控制原子排列,並類比電子在晶體中的運動。該方法後來在實驗中實現了“從超流體到莫特絕緣體”的量子相變,成為量子模擬的經典範例。[4]
2013年,Zoller與Cirac獲得沃爾夫物理學獎,頒獎詞如此評價他們的工作:“這篇論文產生了巨大的影響……自此之後,一個全新的跨學科研究群體迅速發展起來,探索包括超導性、量子磁性、量子霍爾效應和安德森局域等在內的其他凝聚態問題。”[5]
在量子通訊領域,Zoller也有著深遠影響。他在1998年提出的量子中繼器Quantum Repeater)的理論框架,為實現大尺度的量子通訊網路提供了可行路徑。Zoller的方案表明,即使面對現實世界的噪聲與損耗,透過合理的量子糾錯和中繼機制,仍有可能構建穩健的量子網路。這一理論為後來的量子網際網路和分散式量子計算奠定了基礎。[6]
Zoller提出的想法常常引領實驗研究的方向,也經常與實驗物理學家保持緊密合作。
他的長期合作者、科羅拉多大學教授葉軍形容Zoller“非常獨特”:“Peter是一位罕見的理論家。他對硬核的物理問題非常感興趣,喜歡非常創新的想法。他不僅能提出相當深刻的理論,還能幫助實驗者解決問題。”這位以在原子鐘技術上不斷突破、推進極限的實驗物理學家進一步指出:“有些理論物理學家可以與實驗物理學家合作,解決一些問題,但有些理論物理學家,非常純粹,非常抽象,不適合與實驗物理學家合作,但Peter可以與任何一方合作。”
Zoller因其成就獲得的著名獎項枚不勝舉。除了被譽為諾貝爾風向標的沃爾夫物理學獎,他還是約翰·斯圖爾特·貝爾獎(2019 年)、美國物理學會諾曼·F·拉姆齊獎(2018 年)、威利斯-E·蘭姆獎(2018 年)、墨子量子獎(2018 年)、本傑明·富蘭克獎章(2010 年)、狄拉克獎章(2006 年)、尼爾斯·玻爾金獎章(2005 年)和馬克斯·普朗克獎章(2005 年)的獲得者。
6月13日中午,在黑爾戈蘭2025會議期間,《賽先生》有幸專訪Zoller教授。他回顧了自己的研究經歷,也分享對於量子計算未來的理解。他數次提到“幸運”一詞——幸運地在量子資訊這個全新領域興起時步入其中,幸運地遇到一批志同道合的合作者。他同時也強調,真正具有廣泛社會和經濟影響的“殺手級應用”仍有待發掘。要讓量子計算成為現實生活的一部分,還需要時間,也需要持續不斷的努力。
以下為訪談實錄,略有編輯和刪節。
賽先生:這是你第一次來到這座小島嗎?
Peter Zoller:對我來說,是的,第一次來黑爾戈蘭。
賽先生:這次行程你感覺怎麼樣?研討會已經持續了四天,明天就是最後一天了。
Peter Zoller:我覺得來到這裡,從遊客的角度來說,當然是很有趣的,親眼看看這座美麗的小島,就坐落在海中央。但當然,它也帶有歷史的意義。你知道,海森堡一百年前曾經來到這裡,島上的這一切將我們的思緒帶回了量子力學的早期時光。所以,是的,它也有一種歷史的重量。
賽先生:你之前有想過要來這裡嗎?我之所以想來,是因為我讀量子力學歷史的時候,把幾個(和量子力學相關)地名都圈了起來。我希望有一天能親自來這個島上看看。
Peter Zoller:我也是。其實這次會議是一個很好的契機讓我終於能來到這裡,不然可能我一直都不會真的來。
賽先生:會議有沒有哪個環節、報告或討論讓你特別興奮?
Peter Zoller:我覺得這是一個非常高水平的會議。有趣的是它的範圍很廣,涉及很多我平時不太接觸的話題。比如說,這裡有很多關於量子物理基礎foundations of quantum physics)的討論,我個人覺得可能稍微多了一點(笑)。我喜歡聽一些這樣的報告,但可能也不用這麼多。不過確實有一些非常高水平的實驗報告,比如今天上午的第二部分的報告,就是很精彩的例子(作者注:這部分的主題為量子基礎與量子感測)
所以,確實有一系列高水平的講座,內容非常廣泛,既有歷史聯絡,又一直延伸到今天。而且非常廣泛且具有啟發性,我覺得這非常有價值。所以我認為這是一次很不錯的會議——當然會議還在繼續。
賽先生:有沒有哪個時刻讓你想起自己長久以來思考的問題?
Peter Zoller:我覺得,聽各種報告的時候,會不斷接觸到新想法,這會讓你思考,並與我們現在的研究工作聯絡起來。我確實從一些平時不太有機會聽的報告中獲得了很好的啟發。你會聽到別人關注什麼,他們實驗上能做到什麼,也會看到有哪些重大未解問題。
我一直很喜歡那種在會議上大家說“現在最大的開放問題是這個和那個”的氛圍,而這次會議正是這樣。比如說,量子物理和引力之間的關係、時空的本質——這是會議中的一個例子。
這裡有好幾個議程,我覺得都非常出色,從非常深刻的理論問題,一直到也許可以與實驗相關的內容,比如如何把這些問題和量子資訊聯絡起來。從這個角度說,我覺得這次會議確實讓人深思。
然後下午在環島長時間散步時,就會想,好吧,海森堡當年是在這裡獲得靈感的,那我現在能獲得什麼呢?(大笑)
SAIXIANSHENG
量子力學的正確學習方式
當一個人已經掌握了量子力學,並且已經成為“實踐者”之後,知道如何應用它,那麼他就準備好開始下一個層次的思考,也許是更哲學性的階段。
賽先生:這真是很有趣,尤其是關於(量子力學的)基礎問題上,因為我覺得現在的許多會議大多圍繞的是各個領域最新的研究進展。
這次會議讓我回想起我剛成為記者時第一次採訪潘建偉的感覺,當時他用了一個多小時,跟我講糾纏是怎麼回事、量子隱形傳態是怎麼實現的。當時,我的大腦真的是“燒起來”了,物理上的頭痛。所以我很好奇,你是在什麼時候開始覺得量子力學的存在感到安心,開始覺得“OK,我現在對它完全不感到迷惑了”?
Peter Zoller:我想說,理解是有不同層次的。
我們每個人在大學的時候都要上標準的量子力學課。我還記得我當時的老師,我應該說我那時候讀了很多書,也讀了很多參考資料。老師們基本上都會說,現在不要問太多問題。學會怎麼說這門語言,就是先閉嘴(笑),不要批判。他們的意思就是:先學規則,學會怎麼用這些規則。然後等你學會怎麼應用這些規則,學習如何計算所有這些東西,然後你就可以開始提問了。
我發現,這其實是很多年裡一個“對的”方式,我現在仍然覺得它是正確的做法。因為你想,一個年輕學生剛開始學量子力學,如果一上來就開始問:“為什麼是這樣?為什麼不是那樣?”——這會讓事情變得非常複雜。你得先學習規則,掌握它們是怎麼建立起來的,然後你就能知道如何把它們應用在具體的問題中。你自己會慢慢確信:哦,如果我應用這些規則,我可以描述實驗,能做出預測,而且預測是對的。等到這個階段以後,你才能進入下一個階段,問:“為什麼這些規則是這樣?”
這次會議和基礎理論的討論正是圍繞這個思路展開的:我們知道怎麼應用這些理論,但現在的問題是——它們為什麼是這樣的?我們能不能重新表述reformulate)量子力學的公設(postulates)量子力學的公設的某些部分,是否可以從其他公設推匯出來的?像量子測量、波函式坍縮、玻恩定則Born Rule)等等,是否真的就是真的基礎公設?這些其實是長期以來一直在討論的深層問題。
所以,當一個人已經掌握了量子力學,並且已經成為“實踐者”之後,知道如何應用它,那麼他就準備好開始下一個層次的思考,也許是更哲學性的階段。
這也會讓你思考,能不能設計新的實驗來檢驗這些問題。畢竟,物理最終是實驗科學。我們提出一個物理問題,不管是關於解釋還是關於現象,歸根結底,物理必須透過實驗來回答。而做實驗就意味著你要設計實驗,透過實驗向自然“提問”,而自然會給出答案。所以,我在這次會議上,確實在一個非常高的層面上有這種感覺。
賽先生:當您還是學生的時候,是什麼激發了您研究量子力學的興趣?
Peter Zoller:你知道,既然我決定學習物理學,量子力學就是你聽到的最重要的課程之一。我自己其實不怎麼上課,但我讀了很多關於量子力學的書。有一些書對我影響很大。你知道,有些書很薄,但我從頭到尾讀了大約50遍,每次都能讀出新東西,領悟到更精微的東西。我被這一切所吸引。這也是為什麼我後來在寫畢業論文時選擇了量子力學方向。
正是在那個時候,我也發現自己對量子光學有興趣,雷射被髮明瞭,我們有原子物理等等。在量子光學中,有很多內容直接觸及量子力學的基本問題。比如說,量子測量問題——在量子光學中,我們用雷射驅動原子,原子會發射光子,我們可以對這些光子做測量,測量它們的統計性質。 同時,這些也有應用,比如雷射冷卻,把原子冷卻到極低溫。當量子資訊領域出現之後,重點就變成了如何製造糾纏。我們透過測量來誘導糾纏,等等。
我很幸運,進入這個領域的時候,一方面我有時間打好基礎教育;另一方面,因為非常幸福的巧合,當我還是一個年輕教授的時候,量子資訊出現了。它正是量子力學各種理論最美妙的應用之一。這個領域的大門某種意義上是敞開的,湧現出了各種想法。人們想知道:怎麼建量子計算機?怎麼做量子通訊?量子儲存怎麼做?怎麼實現糾纏門的操作?
所以在我的職業生涯中,我恰好在正確的時間,做好準備去探索這些還沒有被解決的問題。我覺得自己非常幸運。
SAIXIANSHENG
恰當的時機,恰當的偶遇
這些看似零散的內容,最終在一把大傘下聚攏到了一起。非常幸運。
賽先生:你是說,你進入量子資訊領域,是一個偶然的契機?
Peter Zoller:是的,我可以講講我是怎麼進入這個領域的。
當時我是科羅拉多大學和JILA的一位年輕教授,博爾德(Boulder)是原子物理和量子光學的重要中心之一。在那裡,有一些本地的著名科學家,比如Carl Wieman,他因玻色-愛因斯坦凝聚獲得諾貝爾獎,Dave Wineland,他就在這裡(黑爾戈蘭島),因為離子阱和量子計量方面的工作也獲得了諾貝爾獎。他們當時組織了一場物理學會議,是ICAP(International Conference on Atomic Physics,國際原子物理大會)
這是原子物理和量子光學領域的一個大型聚會,通常以實驗物理學家為主,理論物理學沒那麼多。我因為人在那裡就參加了會議,會上有一場來自牛津大學的Artur Ekert的報告。
Artur Ekert是最早進入量子資訊領域的人之一。但他也是一位“大使”,非常善於向聽眾解釋的講者。他來到這場會議,你知道,這個會議有個傳統,會邀請一些“圈外”的學者,目的是引入新鮮的想法。
他來了之後說:“你們聽說過量子計算嗎?”他接著說:“Peter Shor幾個月前剛寫了一篇關於量子演算法的論文,我們認為這是一個根本性的突破,是一個新領域的開端。但現在還沒有人知道該怎麼在實驗上真正構建一臺量子計算機。沒人知道。”
他說:“我來這次會議,是想問問原子物理學界的各位,也許你們有辦法。”
然後,我和Ignacio Cirac,當時Ignacio是我組裡的博士後。我們互相看了一眼,說,其實我們手上還真有一個答案。因為我們當時正在研究離子阱和雷射操控,說實話,更像是一種“玩”的狀態。但突然之間,我們意識到,原來我們早就掌握了一個問題的解決方案,只不過我們不知道這個問題的存在。
這就是我們開始離子阱量子計算的起點。我們已經擁有了所有的配料。這就好像你手裡有一個解決方案,但你不知道要回答什麼問題。但現在,問題有了。
賽先生:我明白了,你們其實早就有了方法,但並不知道要用來解決什麼問題。
Peter Zoller:沒錯,正是如此。這就像你手裡有個很漂亮的東西,但它有什麼用呢?我們進入了這個“藝術世界”之後才意識到,我們擁有的東西其實是在談一個很重要的問題——量子計算機。於是我們過去做的很多事情突然匯聚在一起,形成了一個更大的圖景,我們也準備好了回答這個大問題。
這當然非常幸運,因為我們此前一直在做這些工作。我們在恰當的時刻得到了恰當的資訊。對我個人而言,那之後是幾年的“黃金時期”,我們提出了很多種方案,比如在不同系統中如何實現量子門,做量子模擬器等等。
所以,就像一個新領域剛剛開啟時,最先進入的人可以摘到果實。我很幸運,正好是其中之一。
賽先生:你當時看到了這個機會,於是就進入了這個領域。我瞭解到,你當時本來是在AMO領域工作的,就像Dave Wineland一樣。
Peter Zoller:對,我當時就在科羅拉多州Boulder的JILA擔任教授。Dave Wineland就在不遠處,騎腳踏車十分鐘就能到。所以我對離子和Dave Wineland的工作都很瞭解。他經常把他寫的論文給我,讓我做內部評閱。我就得讀這些文章、提出修改意見,這也迫使我去了解這些內容。說到底,我從中獲益很多。
賽先生:但不是每個人在發現一個新問題時都會跳進去,很多人可能還是會堅持做自己原來熟悉的研究。
Peter Zoller:沒錯。這件事其實也不是“顯而易見”,但我們之前確實在研究一些相關的課題,比如雷射冷卻,如何讓原子越來越冷,還有餘弦同步問題。如何觀察量子跳躍(quantum jumps),你知道,這聽起來像一個非常基礎的事情,Dave Wineland 做過實驗,我們也在這方面做了很多理論研究。後來我們發現,量子躍遷,聽起來像是一個非常基礎的問題,結果卻成為量子計算機中讀取量子位元的關鍵方法。這些看似零散的內容,最終在一把大傘下聚攏到了一起。非常幸運。
SAIXIANSHENG
從離子阱、中性原子到量子中繼器
今天,我們在這裡聽到的這些實驗報告,正是基於這些最初的構想。
賽先生:我聽了一部分你和Ignacio一起參加的那個播客,我忘了是去年的,還是今年五月的?
Peter Zoller:去年九月,在普林斯頓。
賽先生:我記得你們在播客裡談到在研究中也嘗試過使用中性原子。
Peter Zoller:是的,我們確實做了很多關於中性原子的研究。
也許你聽過Mikhail Lukin在這次會議上的報告。他講的核心就是如何在中性原子之間製造糾纏。那背後的基本機制,其實來自我們發表的一些論文。所以,我們算是Mikhail Lukin談到的裡德堡量子計算機(Rydberg quantum computer)中糾纏的基本機制的參與者。我是說,我記得我最初提出這個想法的時候,Mikhail Lukin也在差不多的時間獨立想到了這一點,後來我們把想法合併,一起寫了論文,最終,形成了一次合作。
今天,25年過去了,這些想法變為現實,它們是這種中性原子量子計算機的核心。
所以,我們既研究了離子阱,也研究了裡德堡原子,也就是雷射操控的裡德堡原子。所以,構建量子機器所需要的基礎思想,很多來自於我們當初的工作。
賽先生:(量子計算)在最開始的時候,有幾種不同型別的量子位元,比如核磁共振(NMR)量子位元,超導量子位元,還有離子量子位元等。是不是有技術上的原因,導致現在許多實驗室主要是採用離子和超導方法這兩種策略?
Peter Zoller:還有中性原子量子位元。也需要我們應該從歷史的角度來看待這個問題。
我在博爾德的時候,瞭解到離子的研究,是因為我的同事Rainer Blatt當時經常來訪,他就是做離子實驗的,所以我們從中學到不少。而Dave Wineland也在不遠處做離子研究,他做的是原子鐘。當我們剛提出用囚禁離子來構建量子計算機的想法時,就實驗進展而言,離子系統是當時最先進的系統。在那個時間點,只有這個系統可以被重新設計,或者說用來構建量子計算機。
其中很大的功勞,應該歸於像Dave Wineland這樣的人。他當時在建造(離子)原子鐘。而你擁有一臺原子鐘,其實就相當於你在構建一個非常優秀的量子儲存器。他還做了量子跳躍的實驗,那就相當於讀取量子位元的過程。我們則在這個基礎上引入了糾纏。
Wineland 用的是單個離子做原子鐘,訊號非常微弱,所以他放了好多個離子形成了一整串。我們看到這個意識到:這現在是好幾個離子,就不再是一個量子位元,而是多個量子位元,成為一個量子暫存器。
那怎麼讓它們發生糾纏呢?在電磁阱中,離子有這種量子化的振動,也就是“聲子”模式,它們允許離子之間發生糾纏。於是我們提出了量子門的設計。
所以,當時我們研究離子系統,是因為那時它是實驗之中最先進的系統。後來,當然就有了其他的發展,比如中性原子的研究——伴隨著玻色–愛因斯坦凝聚體(BEC)的實現。玻色–愛因斯坦凝聚體給我們提供了接近零溫度的原子雲,但它們不能直接用作量子位元。原因是,玻色–愛因斯坦凝聚體中的許多原子都處於同一個波函式中,也就是同一個量子態,它們不是獨立的量子位元。所以我們要把玻色–愛因斯坦凝聚體轉化為量子位元。我們提出了一些構想,比如Mott絕緣體——超流體與Mott絕緣體之間的量子相變。我們能夠從理論上證明這一點,很快它就被實驗驗證了:可以把這些玻色–愛因斯坦凝聚體的原子雲載入進一個光學晶格中,把它們一個個分開。或者像今天所做的那樣,用“光鑷陣列”來捕捉每一個原子。
接著問題就來了:我們如何讓它們糾纏?於是我們又提出了使用裡德堡激發的辦法。也就是說,用雷射把一個原子激發到一個非常高的能級。這樣一來,原子的“體積”就會變得像一個細菌或者病毒那麼大。當兩個原子靠得夠近時被同時激發,它們就會發生強烈相互作用。我們就利用這個機制,提出瞭如何在量子計算機中進行糾纏門操作、如何糾纏的想法。
所以,我們以離子作為平臺,又發展了中性原子平臺。今天,我們在這裡聽到的這些實驗報告,其實正是基於這些最初的構想。當然,它們現在正在擴充套件和規模化。但核心思想,是我們在20世紀90年代末提出的舊想法。
賽先生:那其他方法呢?比如說,NMR量子位元?
Peter Zoller:我認為NMR是一個很有意思的想法。但NMR最後有兩個主要問題:一是NMR系統難以擴充套件;二是它的溫度太高。
你可以買到一個NMR儀器,但你不能說“哦我買了它,也許它就是一個量子計算機了”。它的溫度太高了。在實驗上,人們一直嘗試實現低溫NMR,嘗試了很久,也有很多有趣的方法。但最終,並沒有什麼東西能真正與其他系統競爭。市場上有很多很多想法,但最終只有某些能真正實現。我們很幸運,那些能實現的想法中也包括我們的。
賽先生:我在會議上聽到現在有一個新的體系,叫作“機械量子位元”。
Peter Zoller:機械的量子位元,類似於“聲子”(phonon)。我們曾經研究過一種機械量子位元,從某種意義上來說,比如你有帶電的離子,它們之間相互排斥,就可以振盪。這本質上就是一種機械系統。當然,今天你在報告中聽到的更多是微觀機械振盪器一類的機械系統。它們可以用作感測器,但這不是量子計算。
賽先生:它更主要用於量子感測方面。
Peter Zoller:沒錯,是用於量子感測。這其實也非常令人著迷。我得說,這些報告真的非常精彩。
賽先生:令我印象深刻的是,你後來還有不同的研究,例如量子中繼器(quantum repeaters)。
Peter Zoller:關於量子中繼器,一直以來都有這樣一個問題:如果我建造了一個小型量子計算機,要如何把它和另一個距離很遠的量子計算機連線起來?這也就變成了量子通訊的問題。而擴充套件量子計算機,也需要量子儲存和用於量子通訊的本地邏輯閘操作。
最早期的量子密碼術,主要是用光子傳輸資訊,你可以把光子儲存在原子雲中。但之後又了具有很長壽命的量子儲存器,其將原子光子結合起來,從而實現遠距離糾纏。
賽先生:所以對於遠距離的量子通訊,你認為它與量子計算中儲存資訊的方式類似?
Peter Zoller:沒錯,它就像是量子計算機的網路,你想要連線它們。在非常遠的距離上,我想說,中國的潘建偉可能是這方面的世界領先者。中國在構建量子網路方面處於領先地位。當然也有來自其他地方的激烈競爭,但我認為潘建偉做出了一些非常基礎性的實驗性演示,清晰地描繪了這些系統。他本人也是技術上非常強的人,在很多方面都是領軍人物。
SAIXIANSHENG
與他合作,讓我感覺自己更聰明
他能讓我說出比我本來水平還聰明的話。也許反過來也是一樣的。
賽先生:你和你曾經的學生Ignacio Cirac 合作了許多年。你們兩位是更互補,還是更相似?
Peter Zoller:我覺得我們是既互補又能很好地連線的合適組合(We are the right mix of being complementary, but also then able to connect in the right way)。對我而言,我通常是那個經常提出“做什麼、不做什麼”的人,而他則是那個真正會說“好的,我們把它做出來”的人。(大笑)。
賽先生:所以,你是想法的發起者?
Peter Zoller:相互。我必須得說,每當我和他討論,我總覺得自己說出了比平時更聰明的話。
賽先生:和他交流時會覺得自己更聰明?
Peter Zoller:是的,絕對如此。
賽先生:為什麼?這是怎麼發生的?
Peter Zoller:我想我們有相似的思維方式,但同時也是互補的。有時候,就會有一個想法,可能是某個星期六下午,我們本來想討論一些技術問題,結果越聊越深入,話題不斷發展,就像打乒乓球一樣,你來我往,有時丟球了,就再重新開始。最終,總會碰撞出非常有意思的想法。也許這些討論的結果,我們最後會說:“哦,我們必須寫一篇關於這個的論文”。但最開始,我們只是隨便聊聊這些東西。
那是一段非常有創造力的時期。我想說,那可能是我在物理學職業生涯中的“黃金歲月”,和Ignacio合作的時候,因為我們是如此互補,他在數學上非常強。而且,我們至今仍是非常好的朋友。
賽先生:那你是否又遇到過其他像他一樣的理論物理合作者?
Peter Zoller:我會說他是個很特別的人(he was kind of a singular person)。我當然也有很多優秀的學生能夠合作。通常情況下,學生當然是你帶進來的“小嬰兒”學生,然後你培養他們。在某個時候,有些會成為平等的討論夥伴。
賽先生:但你的學生很多,為什麼他是獨一無二的那一個?
Peter Zoller:我有很多很優秀的學生,但常常情況是:你會“洗腦”學生,把他們培養成某種程度上是自己的複製人。
賽先生:“洗腦”?
Peter Zoller:是的,洗腦。你知道,他們就會變得有點像自己的翻版。他們接受了教育。但後來他們又變得非常聰明,成為了很棒的討論夥伴。我有幾個學生和幾個博士後,當你與他們合作時,他們很關鍵,也許你有一個想法,他們就會跟進,真正讓這個想法實現等等。
賽先生:Ignacio 沒被“洗腦”嗎?
Peter Zoller:沒有。他是無法被“洗腦”的。不會。
賽先生:他是比較獨立的那種?
Peter Zoller:是的,他真的很厲害。當我們剛認識的時候就非常契合。他當時還只是個博士生,在西班牙,但必須得去國外交流一段時間,於是他決定來找我。那時候我還在因斯布魯克,準備收拾行李搬去博爾德擔任教授。
因此我說,為什麼他不能一起過去?於是他跟我一起去了,大約在那裡呆了半年,然後又回到西班牙待半年,如此來回。我給了他很多研究問題。在某個時候,它真正變成了一種平等的夥伴關係。他是我所認識的最傑出、最有能力的人之一。他是一位傑出的理論物理學家,但也非常關心如何把理論實現出來,像量子光學這樣的實驗方向,並能很好地將兩者結合。我想說,他可能是我認識的最了不起的人。
賽先生:你們有意見不合的時候嗎?
Peter Zoller:當然,我們經常有分歧,因為討論就是這樣的。但通常,我們在發展一些點子的時候,起初可能沒那麼明確,但隨著討論深入,會發現很有意思的東西。就像我說的,他能讓我說出比我本來水平還聰明的話。也許反過來也是一樣的。
SAIXIANSHENG
要有遠見,也要了解實驗的進展
你得與他們的興趣模式匹配。我想這始終是開展合作的基礎。
賽先生:大約2023 年,我曾有機會和葉軍教授交流。當我查閱他的資料時,我搜到了一篇關於你們兩位如何在加州理工學院相遇的文章或新聞報道。
Peter Zoller:我實際上認識葉軍更久,因為葉軍當時是在博爾德的學生,我在那兒做教授,後來我離開回到歐洲。葉軍當時從上海來到美國,原本想學理論物理,但他不太喜歡,後來去了科羅拉多大學,在Jan Hall 的團隊中成為一名實驗物理學家。Jan Hall 最終獲得了諾貝爾獎,然後可以說葉軍在贏得這個諾貝爾獎方面發揮了非常重要的作用。
我們最開始在博爾德沒有交集。但後來,我們非常熟了。2008 年在加州理工學院,他是 Moore Fellow,我也是 Moore Fellow,Jeff Kimble 是我們的東道主。我們都在同一個辦公室。所以在那幾周內,我們一起寫了很多論文。可以說,軍是我認識的最傑出的人之一。
賽先生:你也與Rainer Blatt (因斯布魯克大學教授,著名實驗物理學家)合作過吧? 還有其他科學家嗎?
Peter Zoller:當我還在博爾德的時候,Rainer 在這兒做長期訪問。他是一名離子阱專家。他告訴我們:“你們應該研究離子,對離子感興趣。”我們就是這麼做的。所以從這個意義上說,是他把我們引向了正確的方向。他也是那個採納了這些想法並說“好的,這臺量子計算機,我來建造它”的人。然後他做到了。
賽先生:很多理論物理學家提出了理論,但他們找不到合作者,無法將理論付諸實驗。你是怎麼找到實驗上的合作伙伴的?
Peter Zoller:我認為合作是自然發生的,尤其是在實驗方面。作為理論物理學家,學到的非常重要的事情就是:你瞭解實驗目前的進展情況,實驗科學家能做到什麼。也許更重要的是,你可以從他們正在做的事情中看到,五年後,他們會達到什麼水平。然後你問自己,用他們五年後的工具,他們能做些什麼根本性的、有趣的事情?
我認為這是提出理論問題的靈感來源。所以從這個意義上說,理論與實驗的緊密結合對我們來說在某種程度上是非常根本的,因為這使我們能夠將理論直接與實驗聯絡起來。
在我的職業生涯中,這種模式一次又一次地發生:我們總是預見到未來幾年,他們可能會做那些事。那會非常有趣,因為我們就可以思考那些事情。
賽先生:所以你會為實驗物理學家思考未來的問題。
Peter Zoller:對,然後你會發現實驗物理學家也會意識到你說的這些事情,比如你告訴他們:第一,這是個非常有趣、有前景的想法,因為它屬於宏大願景的一部分,比如構建量子模擬器、量子計算機,也許是量子網路等等。
然後他們也會說:這些理論物理學家也懂得一些實驗。從這個角度說,他們會意識到他們也許真的能在實驗室裡做出這些東西。
你知道他們在做什麼,進行推斷,然後說,如果你非常努力,你就能做到這一點。這非常重要。
賽先生:你會去合作者的實驗室嗎?我是說,去看看實驗進展如何?
Peter Zoller:不會。你總體上了解他們做了什麼。這並不意味著你要親自參與實驗,但你大致瞭解他們可能能夠做什麼,他們正在做什麼,他們將來可能能夠做什麼,以及他們面臨的問題。然後作為理論學家,你就可以思考這些問題。
但有很多理論家的工作是,比如一個實驗小組正在解決某個特定的問題,然後他們說,理論家來幫助我們解決這個問題。
而我們是不同的。我們的工作方式是,看自己能做什麼,我們對於要解決的這些問題進行思考。但我們想要思考更超前,思考今天的狀況和未來的方向,能否做一些根本性的新事情。所以我們是做前瞻性的思考,而不是為實驗做收尾計算。
賽先生:能舉個和實驗合作的例子嗎?
Peter Zoller:例如“離子阱量子計算”。我們首先提出了這個想法,並撰寫了論文。之後和 Dave Wineland 以及 Rainer Blatt 等人進行了討論。他們隨後進入實驗室,並宣佈:“好的。這現在是我們實現這個目標的長期計劃。”
所以我們提出的是理論構想,但它與實驗的距離足夠近,所以他們可以著手嘗試。但這個過程需要很多很多年。
我們很幸運,我們在裡德堡原子的案例中也重複了類似的路徑。再一次,我們提出了理論想法,實驗物理學家,他們花了十年才實現,那是十年的艱苦工作。如今它已成為中性原子量子計算的基礎。
再比如量子中繼器(quantum repeater),或者原子光晶格中的量子模擬器,這些方向也是我們先有了理論設想,寫成論文,實驗學家讀了後決定花幾年時間去努力實現它們。最終他們做到了。
所以,雖然我們沒有直接參與這些實驗,但我們為他們提供了種子想法。我們有了這個想法,然後說服他們這可能值得一試。這是一項長期投入。不是那種“今晚去實驗室調調引數就能做出來”的東西。這真的是很多很多年的投入,這也意味著實驗者必須信任我們,相信這有意義。但另一方面,他們自己也知道什麼有效,什麼無效。他們認可我們的想法,不僅是因為科學願景具有吸引力,而且他們判斷這在實驗上是可行的——能夠成功。從這個意義上說,我們非常幸運。
賽先生:所以你必須具備遠見,要能看出最值得解決的重要問題,同時理論還得具備可實現性。
Peter Zoller:是的,正如我之前說的,我們與很多原子、分子與光(AMO)物理學的理論學家不同。很多人是看到實驗室有某個裝置,才去想:“明天我可以做點什麼?”我們是問:“幾年後我們可以做點什麼?”
賽先生:Rainer Blatt 現在還有實驗室嗎?
Peter Zoller:他和我一樣,現在是榮休教授(Emeritus Professor)了。但有很多年輕人追隨他,我的意思是,Rainer Blatt以前的實驗室現在由他的學生們,也就是以前的合作者們管理著。他們現在都是教授了,而且都沿著這些方向繼續前進,我們也和他們合作得非常密切。
賽先生:對於你們理論物理學家來說,有什麼建議能更好地與實驗學家合作?
Peter Zoller:我覺得你得清楚實驗學家能做什麼,他們實驗室裡有什麼裝置。如果你講的東西超出他們的實際能力範圍,他們就不太感興趣了。所以從這個角度講,你得與他們的興趣模式匹配。我想這始終是開展合作的基礎。
賽先生:那麼,實驗物理學家是否給你留下了深刻印象?什麼給你留下了最深刻的印象?
Peter Zoller:我非常佩服實驗物理學家,因為他們能夠在實驗室裡做幾年前我們認為不可能的事情。今天,他們能夠做到。所以這種實驗的進步、這些能力以及所有這些想法,發展這些東西在某種意義上是基礎性的,你知道,有了這種實驗進步,我們總能超前思考,哦,有新的事情可以做。
所以基於這一點,我非常尊重實驗主義者。而且在他們能夠在有限的時間內完成的情況下,他們也非常樂於傾聽我們的想法。
賽先生:那你和Rainer Blatt或葉軍之間的合作呢?這些年有什麼變化嗎?
Peter Zoller:你知道,Rainer Blatt在實驗室裡有一個漂亮的量子模擬器。它就在那裡。問題是你要用它做什麼?是否有我們可以在這臺機器上執行的一些可能具有根本性的新東西?可以是演示,也可以是別的,也許是新的量子演算法,也許是回答新的物理學問題。這些年來,我的學生和那些博士後,當我們與他們合作時,我們為他們提供了想法,真正的新想法
現在情況發生了一些變化,在量子計算的早期,總是這樣,我們有一個想法,但他們需要五年或十年才能實現它。但現在他們建造了這些機器。所以很多時候,他們會說:“哦,我們有一個想法,可以做些什麼。”你不用寫一篇理論論文,然後等待五年,然後他們才去做。現在很多時候,就是,嗯,有一個想法,你可以去那裡,立即就做。然後你們開始共同撰寫關於這些事情的論文,你不僅撰寫理論論文,而且立即呈現它的實驗實現。我認為這是一個根本性的變化。
SAIXIANSHENG
量子計算的進展是真實的,但我們害怕炒作
只需要一個人過度推銷,就會造成很大的損害。
賽先生:我瞭解到,在量子計算的早期,一些人懷疑它是否真的可行,甚至覺得這是一種炒作。但現在,依然有人擔心量子計算被過度宣傳了。你怎麼看這個問題?
Peter Zoller:量子計算的發展是有不同階段的。我記得那十年間我們在寫論文、開會講量子計算的時候,很多人說,“這根本不可能。這不會成功。”
當我們撰寫論文或在會議上談論量子計算時,有很多人說:“好的,這永遠行不通。永遠行不通。”然後社群中出現了一個轉折點。這可能發生在2008年底左右,也許是2010年,他們轉變了,每個人都說:“這會成功。這毫無意義。”當然,它會成功。這完全有意義。而真相總是在兩者之間(the truth is always in between)。
所以它確實取得了長足的進步,你知道,但你不能在某個時候說:“哦,現在它成功了,現在所有人都相信了。”總會有一些問題。順便說一句,公眾輿論在開始時過於悲觀,但在某個時候,他們變得過於樂觀,因為:“當然,這會成功。”
而現實是不同的。現實是進展穩定,進展一直很引人入勝,但我們非常害怕炒作。當這些東西每天都在報紙上出現時:“哦,又一臺量子計算機,這個那個,這個那個被承諾了。”因為那樣你就會開始承諾在有限時間內無法實現的事情,你知道。某個時候,公眾會認為:“哦,他們只是在炒作,你知道,他們在告訴我們不真實的事情。”
我認為這非常危險,因為那樣人們就會失去對科學家的信任。炒作——其是當公眾認為你承諾了某些東西——這可能對科學非常危險,因為這些是你無法實現的期望。那樣就非常糟糕了。
賽先生:關於量子計算總是存在著各種觀點,無論是悲觀的還是樂觀的。但對於你們這些研究人員,你對自己必須做的事情有什麼看法?當你進行研究時,會在意這些批評嗎?
Peter Zoller:我們當然在意炒作,因為我們獲得的資助,我們科學家的報酬,是由納稅人支付的。公眾看到科學家在做量子計算,會非常興奮:“哇,他們在建造量子計算機,太棒了!”但如果他們覺得正在發生的事情最終不是真的,或者只有在很長一段時間後才會實現,他們就會說:“哦,你們騙了我們,你們告訴我們一些錯誤的事情。”這非常危險。
我認為,對於所取得的巨大進步,我們應該非常誠實地表達我們的超級熱情。確實取得了巨大的進步。但我們應該小心不要過度推銷這些東西。你知道,只需要一個人過度推銷,就會造成很大的損害。我想,這就是我們所有人非常擔心的事情。
SAIXIANSHENG
量子計算將推動基礎問題的研究
基礎科學變成了技術,技術又反過來作為工具推動基礎科學,促成新的發現。
賽先生:你認為量子計算等應用是否還有空間來做一些關於基礎的問題?
Peter Zoller:當然有。量子計算就是一個很好的例子。比如說,離子阱量子計算,最初人們一直在建造出色的原子鐘。你可以在原子鐘的基礎上進行轉換,所有這些東西可以建造一臺量子計算機。
量子計算有朝一日可能會變成一種你可以買的技術產品,用來做計算。但同樣的機器將作為新工具迴歸到基礎物理,為你提供了一種新儀器。你基本上知道從原子鐘開始,它變成了量子計算機,但量子計算機現在又是一個更好的原子鐘。然後你製造出更好的原子鐘,你就可能發現新的物理學,也許是新的基礎物理學。
這說明:基礎科學變成了技術,技術又反過來作為工具推動基礎科學,促成新的發現。
從這個意義上說,我們今天擁有的所有這些技術發展,都正在或最終會回到基礎科學中。歷史上也有這樣的例子,比如二戰期間,微波技術是為雷達而開發的。在二戰之後,這項新技術讓蘭姆得以測量出蘭姆位移Lamb shift),這在量子電動力學中是一個非常重要的基礎效應。
因此又是一樣的——技術開發出來了,然後變成工具,再回到物理中,引發新的發現。所以當你問:在量子技術的發展基礎上,基礎物理學是否會有進展或新的發現?我的答案是:是的,當然會。
賽先生:但也有人說,如果你想真正觸及量子力學的基礎問題,那麼現在量子引力可能是一個更好的研究領域。
Peter Zoller:你提到量子引力,這是一個非常重要的例子。當然,量子引力這個目標還很遙遠,因為相關物理量的數值非常微小。但同樣清晰的是,即使只是研究經典引力,也還有許多問題使得討論。現在人們正在構建量子感測網路,正是研究經典引力問題的一個例子——沿著這條路徑,將會帶來基礎性進展。
賽先生:你剛剛提到上世紀九十年代是你的“黃金時代”。那麼如果你現在還年輕,你會選擇進入哪個領域?
Peter Zoller:如果你看了這次會議,會看到一個完整的學科橫截面,非常多元化。我想我可能不是那種在哲學性基礎問題上工作的研究者,但我一直非常喜歡那些可以動手做實驗的方向—— 對我來說,從已有的東西出發去發展,無論是量子糾錯或者那些可以揭示新物理的新型器件,比如量子感測器,我都覺得令人興奮。所以我可能會進入這些方向。
但基本上,我只是告訴你我現在感興趣的方向。如果我更年輕,我大概還是會做同樣的事情。
SAIXIANSHENG
理論物理學家的基礎問題
作為一名理論物理學家,我確切地知道我應該計算什麼。這些還有什麼懸而未決的問題嗎?我會說沒有。
賽先生:關於量子力學的基礎問題,在會議的第一天,我聽到很多關於基礎的不同討論。不同的科學家是否對“基礎”有不同的理解?對你來說,你的基礎問題是什麼?
Peter Zoller:我認為,在量子物理中我們確實面臨一個根本性的困境。這個困境是這樣的:一方面,按照我們學習量子物理的方式,以及我現在看到的所有實驗,作為一名理論物理學家,我確切地知道我應該計算什麼。這些還有什麼懸而未決的問題嗎?我會說沒有
很多所謂的“基礎問題”其實更多是解釋層面的問題,是關於量子力學解釋和哲學意義的問題,更多是讓你“晚上能睡得踏實一點”,因為現在對量子力學的很多表述是試圖解決其內部的某些自洽性問題。
舉個例子,當我們進行測量時,我們說“這是一個量子系統”,而“測量者是一個經典觀測者”。但這個劃分點在哪裡?從邏輯上講,所有東西都應該是量子系統,而不是一部分是經典,一部分是量子。對於目前人們所做的所有實驗來說,這一點目前並不重要。但確實存在一個理論上的矛盾,我們的確應該努力解決這個問題。
但我目前認為,基於我們現在擁有的實驗條件,我們無法解決其中一些根本性且重要的問題。所以,你知道,有基礎問題,但量子力學的這些不同解釋,它們無法被驗證,因為當你將它們應用於實驗時,它們會給出相同的結果。
所以從這個意義上說,現在哪個是正確的呢?那你就可以選擇你最喜歡的一個,你知道,如果能找到一些可以在實驗中驗證的東西會非常有趣。但目前,其中許多東西無法被驗證。
SAIXIANSHENG
量子百年的未來期待
我認為,要讓整個領域真正走下去,這將非常重要——不僅僅是說:我們造了一些偉大的東西,一臺能工作的機器,而且要讓它在社會和經濟上產生實質性影響。
賽先生:量子力學已經發展了一百年。那麼你對你所在領域的未來最期待的是什麼?
Peter Zoller:我認為我們將會建立起具備容錯能力的大規模量子計算機。這種量子計算機將會出現。
但我們必須要問自己的更重要的問題是:這些量子計算機會被用來做什麼?從非常實用到可能更基礎的方面,我們如何運用我們擁有的這些新工具。
賽先生:有一種說法,量子計算的三大里程碑是:第一步是造出它,第二步是實現“量子優勢”,第三步是……
Peter Zoller:你聽了週三早上Isaac Chuang(MIT教授,核磁共振量子計算領域的先驅之一)的報告嗎?
賽先生:是的,那一場我去了。
Peter Zoller:我覺得那是一個非常好的報告。他在結尾時說了一句話:我們目前正在建造一臺量子計算機,但我們還沒有任何可以用量子計算機解決的、會對社會產生社會或經濟影響的問題。
我們能用量子計算機解決的問題,往往是非常深奧難懂的,至少當前如此。這些問題你可以解決,但你為什麼要關心呢?你能賺錢嗎?你的祖母會想在生日時收到一臺量子計算機嗎?她會用它來幹什麼?
所以我認為,關鍵不僅僅是“建出來”,而是要知道我們可以用這個機器能夠實現一些本質上全新的事情目前只有非常有限的演算法和應用可以真正讓量子計算機發揮優勢。
我認為,要讓整個領域真正走下去,這將非常重要——不僅僅是說:我們造了一些偉大的東西,一臺能工作的機器,而且要讓它在社會和經濟上產生實質性影響。
也許量子密碼學量子通訊是最接近現實應用的方向。而大多數量子計算的應用,現在可能只是在某個邊角領域有一點作用,但它還遠未成為能解決社會重大問題的主流。這方面的工作非常重要,我們必須努力推進。
賽先生:現在有很多投資流向量子計算領域,很多公司也陸續成立。你怎麼看待這種現象?
Peter Zoller:確實如此。我想說,如果你看看某些公司,尤其是那些資金雄厚的公司,它們確實在取得非常顯著的進展。但你有沒有想過,這些公司在建造量子計算機時,他們是出於什麼目的?我的意思是,他們當然希望未來這種技術能有一些有趣的應用,但他們目前其實也並不確定會是什麼。
其次,如果他們釋出新聞稿,說:“我們正在建造一臺量子計算機,而且,我們又是世界上最好的。”這是公共關係
所以我認為,目前沒有人可以說,自己創辦的量子計算公司已經能賣出一款新產品了,而這款產品能夠替代市場上某種已有的經典裝置、經典計算機。不,並不是這樣。人們之所以會購買量子計算機,是因為它能做到一些別的裝置無法做到的事情。
而所謂“量子優勢”這個說法,我認為其實問題就出在這個提法上。你是否為人們真正關心的問題找到了一個相關的量子優勢,並讓他們能夠做根本性的新事情?而這部分,在某種程度上,仍然缺失。
賽先生:作為這個領域的研究人員,你會對自己剛才所說的感到失望嗎?作為一個局外人,從媒體報道來看,量子計算似乎有一個美好的未來
Peter Zoller:我自己是相信它(量子計算的未來),但我會更加謹慎。
如果你問大家:你為什麼認為量子計算會對社會產生重大影響?當然,會有人提到軍事用途。也有人會提到中美之間在這方面的競爭。但我總是這樣說:對我來說,這有點像是兩支登山隊在攀登珠穆朗瑪峰。他們看到“對面那支隊伍在那裡,我們必須加快速度”。但等你真的登頂時,你可能會問自己:“我為什麼要爬這座山?我為什麼要爬?”
所以我們必須為此努力。我認為,我們也確實可以找到這個問題的答案。但我們必須非常謹慎,不能隨便向社會許諾一些東西,比如說:“你造一臺量子計算機,就能為氣候變化帶來好處,你就能解決這個或那個問題。”很多這樣的說法根本不真實。
有些事情,如果量子計算能實現,改變將是根本性的,但它要真正產生經濟影響,我認為還需要一些時間,這項工作還得繼續推進。這不是像公眾想象得那樣顯而易見。公眾會以為:只要你造出量子計算機,就能解決人類社會的所有問題。可事實並非如此,真的不是。我們要誠實一點。量子計算的確會帶來某些變化,但但我們做出過於強烈的宣告時應該非常小心。
賽先生:你接下來的研究計劃是什麼?
Peter Zoller:我現在是榮休教授了,因此我不被允許再擁有自己的研究小組,但我仍然在跟這裡的一些年輕人以及研究小組合作,我非常喜歡這種方式。
我認為一個主要方向是,是要識別出那些問題——如果我們建造一臺量子計算機,那麼最終它將能在最廣義的層面上為社會帶來益處,解決那些我們用經典計算方法可能無法解決的重要問題。
當然,我們已經有一些例子,比如量子材料製造、藥物研發,或者像我之前提到的,在基礎科學中,量子計算機也將成為一種新的研究工具。
我認為我們已經有了一些答案,但我們必須比現在更加努力地去推進這些工作,並在這方面投入更多的關注和精力。
賽先生:謝謝。你還有什麼要補充的嗎?
Peter Zoller:我想沒有了。我對這個領域的發展非常著迷,也為我的許多朋友所取得的成果感到高興。這次會議上的報告,真的是亮點紛呈。

參考資料:
1.https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.74.4091
2.https://quantumfrontiers.com/2013/01/03/ignacio-cirac-and-peter-zoller-get-what-they-deserve-2/
3.https://journals.aps.org/rmp/pdf/10.1103/RevModPhys.85.1103
4.https://arxiv.org/abs/cond-mat/9805329
5.https://wolffund.org.il/peter-zoller/
6.https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.81.5932

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