在科学的海洋中，量子世界始终是神秘而充满未知的领域。量子计算则成为一种全新的计算范式，可以在诸多领域实现传统计算机无法完成的任务，它的潜在力量和独特性质让我们对未来充满期待。

2012年诺贝尔物理学奖得主、法兰西公学院名誉教授塞尔日·阿罗什（Serge Haroche），本周做客世界顶尖科学家论坛与今日头条、抖音合作呈现的访谈节目。他和中国科学技术大学科学传播系副主任、中国科学院科学传播研究中心副主任袁岚峰一起，带来了一场关于量子世界和量子未来的精彩对话。

能够测量和操纵单个量子系统的突破性实验方法

阿罗什教授在实验量子力学领域享有盛名，他从 20 世纪 80 年代就开始设计巧妙的实验来研究物质和光相互作用时的量子现象。他使用两个“镜子”作为另一种陷阱捕获光子，光子可以在它们之间反弹。因“能够测量和操纵单个量子系统的突破性实验方法”，阿罗什教授与美国物理学家大卫·J·怀恩兰（David J. Wineland）共同荣获 2012 年诺贝尔物理学奖。

这个突破性实验方法，使我们能够测量和操纵单个量子体系。那么，为什么测量和操纵单个量子体系如此重要却又如此困难？

之所以重要，是因为：在此之前，大多数实验处理的都是大量粒子的体系。当对大量粒子做实验时，量子效应可以只是埋藏在统计中，唯一能真正直接观察到量子逻辑的量子表现的方法，就是要处理单个粒子，保护他们免受环境影响，再操纵和研究它们。

之所以困难，是因为：粒子太小了，想要细致地了解粒子是如何与光反应的，就必须用光去操作它们，把它们的速度降下了。实现这一目标需要设计好的真空环境、实现低温，以及各种各样的激光和计算机。掌握所有这些才能做这种实验，这需要很长时间。

量子力学奠基人埃尔温·薛定谔（Erwin Schrödinger）认为，对单粒子探测本质上是一种“尸体检查”性质的工作，比如气泡室中的粒子轨迹是在粒子消失之后留下的，再比如一个光子抵达了人的视网膜，它就变成了电流，或“某种”神经信号进入大脑，但光子本身已经死了。但阿罗什教授超越了薛定谔的言论，找到了让光子在被检测到之后仍然存活的方法，把“尸检”工作变成“活体”的工作。

阿罗什教授表示：我希望粒子仍然存在，这样就可以观察到粒子之间相互作用时发生了什么神奇的现象。

而这就是现在人人都在谈论的量子信息领域的开端。

量子计算机，不太可能比现在的笔记本电脑更有用

量子信息是一门正在全面发展的科学。目前它仍然是基础科学，但有朝一日定会催生各种工具和应用，帮助人们利用量子逻辑来完成一些任务。比如量子计算机。

计算机就像是一个由各种各样的门组成的庞大系统，每个门都是一个装置，而装置中的一个信息位控制着另一个信息位的演化方式。经典计算机就像经典门一样，要么关闭要么打开。

而量子计算机则是一个能够同时打开和关闭的门，处于两者的叠加状态，利用这种叠加可以提高计算效率，这为建立算法提供了新的可能性。这是未来的一个宏大目标，但也是一个极具挑战性的目标。难点在于，这些难以捉摸的量子特性非常脆弱而且很快就会消失。

人们对量子计算机充满期待。阿罗什教授则很“冷静”：“量子计算机不太可能比我们现在的笔记本电脑更有用。”现在的笔记本电脑能做很多事情，而且一年比一年更好，量子计算机难以与之竞争。

如果尝试从我们现在正在做的事情做推断，量子计算机需要非常低的温度，这就需要大量的低温技术和科技。如果朝着这个方向发展，意味着这台计算机是一台大型机器，成为一种用于计算的设施。阿罗什教授表示，“我并不认为它是一种人人都会使用的笔记本电脑，（如何影响我们的生活）我不知道会发生什么，这在很大程度上取决于未来发生的事。”

如何平衡工作与生活？

好奇心对科学发展尤为重要。事实上，相对论和量子物理学，都源于对光的质疑和困惑。光是最值得探索的话题，我们从宇宙中获得的几乎所有信息都来自光。光是一个神秘的信息源，我们开始越来越多地了解它，并由此产生了所有现代物理学。

为了让人们清楚地了解这段科学史，阿罗什教授推出了新著作《光的探索：伽利略望远镜到奇异量子世界》，将自己的求学、职业生涯置于科学发现的丰富谱系中，从伽利略、牛顿到爱因斯坦和费曼，从光速的早期测量到量子纠缠的前沿工作，对光在我们如何观察和理解宇宙中所扮演的角色进行了详细和个人的观察。

在作为实验物理学家的职业生涯中，阿罗什教授也有过“至暗时刻”：有一次，因为液氮沸腾造成的压力，给我们的实验提供低温支持的低温恒温器爆裂了，发生了大爆炸，我们的实验因此倒退了一两年。当时，我们和其他研究同一课题的人正在进行一场大型竞赛。

那么，让人重新振作起来的又是什么呢？首先是团队协作，如果能和一起工作的伙伴成为朋友，就可以拿正在发生的事情开玩笑，幽默感可以帮助克服困难；其次，在不同方面之间找到平衡也很重要，阿罗什教授不仅做研究，同时还在教学，教学让他从日常的研究中脱离出来，通过教学可以清楚地解释自己想做的事情，还能提供一些实验思路；此外，丰富的兴趣有助于重新振作，他不仅对物理学感兴趣，也喜欢有关科学史、天文学的书，还喜欢绘画和音乐。

阿罗什教授在诺奖得主的自传中讲述，他的家庭生活非常幸福，尤其与妻子克劳迪娅（Claudia）的故事非常浪漫。因为妻子和孩子，他的兴趣扩展到了物理学以外的许多领域，克劳迪娅在他们的生活中保持了科学、艺术和人文之间的平衡，他们经常一起参加各种会议，发现新的地方和新的人；他们还抽出时间远离物理，到世界各地旅行，参观世界上的自然和人造奇观。

当被问及“在家庭生活方面，您比许多伟大的科学家都要成功，如何平衡工作与生活”，阿罗什教授风趣回应：“但我的成就无法与爱因斯坦或海森堡相比，如果想在生活中找到平衡点，在科学方面或许就会逊色一些。”阿罗什教授表示，家庭生活对他的一生都非常重要，“我有孩子，我的孩子也有了孩子，他们都长成了非常有趣的人，我对此感到非常高兴。”

编 辑 | 陈 墨

责 编 | 小 文