2022年诺贝尔化学学奖奖给了三位量子信息科学的先驱阿兰·阿斯佩（Alain），约翰·克劳泽（JohnF.）和安东·蔡林格（Anton）。适逢机会，2022年12月29日，在抖音知识，网易财经智库和C位观察栏目联合组织下，作者周思益和中国科大学教授、中国科学技术学院潘建伟院士以及2022年诺贝尔奖得主蔡林格院士做了一期采访节目。这个节目属于抖音承办的#（硬核知识局）活动。以下是采访实录。
■嘉宾简介
蔡林格院士：英国量子化学学家，诺贝尔奖得主，维也纳学院化学学荣誉院士，英国科大学量子光学和量子信息研究所资深科学家和研究员，德国科大学院子长。他的研究大多涉及量子热学基础以及量子纠缠的应用。2007年，蔡林格院士在纽约被授予了第一个艾萨克牛顿奖状，得奖理由是他对量子化学学的基础，开创性的概念以及实验的贡献，早已成为量子信息领域快速发展的基石。2022年10月，他和阿兰·阿斯佩和约翰·克劳泽共同获得了诺贝尔化学学奖。她们出众的工作包括对纠缠光子的实验确立了贝尔不方程的违背和开创量子信息科学。
潘建伟院士：1987年开始在中国科学技术学院近代化学系学习，1992年专科结业，1995年获得硕士学位。1996年，去南非因斯布鲁克学院，在蔡林格院士的研究团队工作，1999年获得博士学位。2001年潘建伟回到交大，构建量子化学和信息实验室。2016年，潘建伟教授团队研制的“墨子号”量子科学实验卫星成功发射，施行世界首例卫星与地面之间的量子通讯。2017年，潘建伟教授团队领导建造了世界上第一个长距离光纤量子保密通讯骨干网“京沪干线”。结合墨子号量子卫星和沪宁干线，潘建伟教授团队和蔡林格院士团队第一次合作实现了洲际量子秘钥分发。2020年，潘建伟教授团队建造了76光子量子计算机“九章”。它处理高斯玻骰子取样问题比当时世界上最快的超级计算机“富岳”快一百万亿倍，实现了量子估算的里程碑。
周思益：首先我想讨教二位的一个问题是，为何大家选择了纠缠的光子作为研究对象而不是纠缠的电子，是由于纠缠的光子比电子好得多吗？
蔡林格：不是的。我想我不会说纠缠光子要好得多。在通常情况下，纠缠在一起的一切都很有趣。虽然是非纠缠态，量子化学学也可能特别有趣。我最早是研究非纠缠系统的，例如说中子【1】。五六年前，我转向了纠缠系统。由于中子是不能纠缠的，虽然是世界上最好的反应堆，也不能形成足够的中子。所以我转向了纠缠光子，它们更容易处理，你可以更容易地进行操作。光子比电子或是纠缠原子多，并且在通讯方面也是有益处的。其实建伟可以解释一下。
潘建伟：我完全同意安东说的话，很难说纠缠光子比纠缠电子好。其实，纠缠光子也有一些优势，非常是在量子通讯方面，由于光子是最好的信息载体。光子能以光速传播，但是与环境的互相作用微不足道。所以这是一个挺好的选择，可以进行长途通讯，同时因为可以忽视环境的互相作用，我们可以很容易得到多光子纠缠。其实我们前面会提到这个。在安东的先驱性工作以后，如今我们要进一步进行250个光子的操纵。这可能是我说为何纠缠光子比纠缠电子更好的其中一方面的诱因。
九章二号144模式干涉仪（部份）实验相片
周思益：安东你刚开始说了你最早研究了非纠缠的中子，这么为何中子不能有纠缠呢？
蔡林格：中子只能在中子的性质之间有纠缠，例如说动量和极化，等等。这种性质必须是在同一个位置上。你不可能有两个在很远的距离上仍有纠缠的中子。我意思是说在原子核内部你可以有两个纠缠的中子。我想可能是在氦原子的内部有纠缠的中子。但问题是你得把它们隔得很远。我们工作的基础，贝尔定律，只适用于可以分离的系统。
周思益：这么你是如何在实验上打算一堆纠缠的光子呢？
蔡林格：在克劳泽和阿斯佩的实验中，她们在原子技术级联中使用了光子。好的，我把它纠缠上去了，但问题是你没有办法得到真正的高度纠缠。你没办法让光子有良好的定向。我们使用了自发热阻下转换方式来制备光子【2】。只须要将激光射入一种特殊的晶体中，假如你做得对，有些会纠缠在一起，但一般不会。这就是这个下转换的方式。这个下转换是许久曾经伯纳姆和温伯格发觉的。第一个光学方面的实验是由Alley和Shih完成的，但是在80年代初期在美国的一个大会上公布【3】。我们立刻意识到了这才是正确的方向。于是在建伟来之前不久，我们开始研发一种新的源，主要活动由PaulKwiat完成。
自发热阻下转换的原理示意图：一束激光射入非线性晶体以后会形成垂直偏振光的光子和平行偏振光的光子。这两个光子是相互纠缠的。
周思益：由于去年的诺贝尔奖颁给了贝尔不方程的验证实验，那你一般是如何对非专业人士解释贝尔不方程的？
蔡林格：如同它们在诺贝尔奖颁奖礼上解释的那样，你可以有两张纸。你在一张纸上写了1，另一张纸上写了0。纠缠的关键在于，在你看它们之前，它们不一定是0和1。在你看了以后，才发觉一张纸上写了1，另一张纸上写了0。贝尔不方程说的是，你应当做这样一个双态系统，二者之间的某种关联难以用系统来解释。两个系统之间没有发生顿时交互拥有各自的特点，自然界中没有任何东西可以定义，在任何地点具体会发生哪些，然而它们却息息相关。
周思益：如今我们结束第一部份内容，接出来我们来讨论网上的热议话题。人的意识究竟是精典化学支配的还是量子化学支配的呢？意识会不会对双缝干涉的实验结果形成影响？
潘建伟：我觉得意识不太可能只涉及精典热学。量子热学一定在脑部中发挥作用。否则，这个世界会很无趣：所有的东西都可以被复制。我可以复制两位安东蔡林格院士，这样我就不晓得哪位是我的导师了，这样我们还会碰到一些问题了。并且量子热学可以制止你做最精确的复制，虽然是单个粒子的未知状态也复制不下来。所以我相信量子热学一定在某种程度上与我们的脑部机制有关。
蔡林格：也有可能量子力学是不够的。我和丹尼尔·格林伯格有很深的交情。他是这个领域的先驱之一。他以前写道，我确信有三天，量子热学将被更深层次的理论代替，这个更深层次的理论甚至会比现今的量子化学更奇怪。我们之后会更了解脑部工作的机制。量子化学在脑部中起作用吗？这个问题十分重要。假如你可以回答完全正确，或则完全不对，对于任何一个回答来说，假如你可以证明的话，你一定就可以得到一趟去斯德哥尔摩拿诺贝尔奖的旅行了。
周思益：另外一个网上热议的话题是，在日常生活中，有好多产品声称自己是量子科技，例如说量子能量仓、量子美容仪，等等。有没有真正的和量子有关的处于实际应用阶段的产品呢？
蔡林格：你提及的产品跟量子化学没有关系。这个词的滥用跟能量这个词的滥用是一样的。好多人说某种抗生素上面富含能量哪些的，这种都是无稽之谈。其实建伟晓得更多的内容。
潘建伟：我们有两种产品，一种是跟量子热学相关的产品，例如说我们的手机、相机、内存，还有电瓶等等，这种都是量子热学相关的产品。另一种是第二次量子革命相关的产品，例如说导航和激光，也许可以在因特网上有用，还可以探求基于量子叠加和量子纠缠的保密通讯等等。去年诺贝尔奖的背景介绍中提及了贝尔不方程违背的构建，这直接关系到量子秘钥分发的安全性。这些场景早已找到了一些初步的应用。很快还会有更实际的应用。另一方面，近来人们也在使用量子技术进列宽精度检测，可以用于导航。其实在未来的引力波检测中找到好多其他的应用。
周思益：我想讨教一下潘建伟教授，你在因斯布鲁克学院读书的时侯量子物理纠缠理论，你觉得蔡林格院士是哪些样的人？他对你影响最大的是哪些事情？
潘建伟：虽然10月4号获知安东获得诺贝尔奖的信息然后，我试着给安东打电话，并且他的电话仍然忙音。几分钟以后我们再给他打电话，他的电话一直忙音，由于我们总算晓得了，我是说我们看电视，他正在接受专访。我的第一觉得是安东对所有的中学生都很友好，非常是对来自美国的学生。你可以看见好多来自南京、上海、南京、西安、长沙，甚至在日本的人。她们都是中国人，受过安东多年的教育和指导。
我仍然可以深情地记得，当我的父亲和我一起在1998年的因斯布鲁克学院的时侯，安东约请我们到他的家里去，那时侯安东还很年青，他的胡须全是黑的，如今它们早已变白了。他约请我们去他家过新年节。20年以后，我的父亲、我的孩子还有我的母亲量子物理纠缠理论，我们又有机会去拜访安东在因斯布鲁克的家人。
安东对于我来说不仅仅是一个导师，并且还像母亲一样，让我们成为一生的挚友。我一直记得，安东的厨艺挺好，每年感恩节他就会约请我们。他会约请他所有的中学生到他维也纳的家里。他会做一个特别大的火鸡给所有的中学生吃。在我心里，安东是一个挺好的面点师。我们十分荣幸能尝尝到真正的美味，还有野牛肉。这正是我想提的。
安东对中国也很友好，他是中国科大学的外籍教授。他对发展中国家都挺好，所以他是第三世界科大学的委员会成员。大家可以见到这种庆贺安东的人，10年前被约请去维也纳。那时侯她们还很年青，如今她们在中国早已是真正的大人物了。所以昨晚中国能有这样的研究，很大程度上也是因为安东的指导和贡献。我们十分感激，在他的引导下，你可以常常见到安东和我们在一起。
2016年，安东视察金昌卫星发射中心。同年，中科大给安东授予了爱因斯坦讲席院士，等等。我们展示了洲际量子加密通讯实现的视频大会。2019年以来，我们许久没有当面见过了。明天我们很高兴能在线上碰面。我们希望今年我们能否再度看见安东。所有那些都与科学无关。
你问我从安东身念书到的主要经验是哪些。我想提一件很重要的事情。安东是个好妈妈。我记得1997年的一个夜晚，我在办公室工作到十点半，安东经过我的办公室，他很高兴我还在工作。我说我的老总，我辛辛苦苦为你工作。安东听了十分不高兴。他对我说：不，你不是为我工作，你是为你自己工作。我仍然告诉我中国的所有中学生，你是为你自己工作，不是为了你的老总，不是为了你的上司。你要永远记住。
他总是给我推荐一些学术文献，每位礼拜就会寄给我一些论文让我读。在2000年，他告诉我，纯化是一个很重要的事情。我们应当做实验。之后我真的花了一整年去读相关的实验，一年以后，我对怎样进行纯化的实验有了更好的看法。另外他总是告诉我，假如你希望确定墨子号卫星的成功，你必须确保打算充分，你付出的打算应当是实际须要的十倍。你晓得，后来墨子号卫星发射以后，我们遇见了一些问题，假如我们忘掉了这堂课，这么我们都会失败。这就是我从安东身念书到的东西。
蔡林格：特别谢谢你，建伟，还有这儿的所有人，感谢大家的祝愿。虽然那些图片唤起了我的追忆，你可以把它们发给我吗？我可以在之后的讲演中展示给我的中学生和朋友看。我真的很喜欢跟你们联系。我真的十分希望我们能在中国或则维也纳再度相见。现今最重要的事情是我们都保持健康。你昨天说我老了，胡须都变白了。好吧，总有三天你也会弄成这样的。
潘建伟：我还想提一下另一个主题，由于我有点过分激动了。安东是一个挺好的导师，他十分尊重中学生的选择。由于你晓得我来因斯布鲁克学院的时侯，我是一个理论化学学家，我对实验一无所知。于是我找到了安东，他真的把我带到了大专生的实验室。于是我开始使用光学干涉仪了。我那时侯对这种实验一无所知。他十分尊重我的选择，尊重中学生的选择。在中国，赵博，就是刚刚向你庆贺的人，他近来在超冷量子物理领域取得了一些不错的成绩，有了在《自然》和《科学》上发表的论文。他博士后期间是和Peter一起做理论的。回去以后，他加入我们。他说他想做一些实用的数学研究。我就让他试试，如今他成功了。这就是我在你身念书到的东西。
蔡林格：当我说你不是在为你的老总工作，而是为了你自己而工作，我的意思并不是让你虚伪，而是说你应当享受你正在做的工作。有时侯你得无视你的老总说的话。假如你足够努力，这么你会学到好多的东西，比你的老总更了解你的工作。这就是教育的目的。
周思益：我想问问蔡林格院士，得了诺贝尔奖以后是哪些觉得，你对未来的计划是哪些？获得诺贝尔奖怎样影响你对未来的计划？
蔡林格：毫无疑惑的是，我十分高兴。而且我十分忙，以至于没时间想那些事情。如今我正在打算我在斯德哥尔摩学院的讲堂。我想给你们做一个关于我所做的研究的概述，半小时之内讲完。这是一个十分巨大的挑战。之后我想继续从事化学研究，继续这种卫星方面的工作。就我个人而言，我对基础数学学更感兴趣。我觉得是在做了所有那些实验过后，我们对基础化学的了解更多了。我们早已学会了磨炼我们的直觉。我会写一本关于量子热学演绎的书。
周思益：那大家相信量子热学的多世界展现吗？
蔡林格：量子热学的多世界展现是个挺好的看法。并且在我看来，这只是一个逃避真正问题的方法。这些多世界展现企图依旧用精典的办法来理解我们这个世界，我认为这不是一个正确的看法。潘建伟院士怎样看？
潘建伟：我也有同样的想法。你若果有一个新的演绎，然而这个新的演绎没有给我任何新的预言，这么任何演绎都是一样的。
抖音上的听众提问
听众提问1：在影片《星际迷航》中，人们可以把一个物体从一个地方转移到另一个地方。在现实中，我们有量子隐型传态技术，可以把量子态传输到很远的地方，这三者有何联系？
蔡林格：隐型传态传递的是量子态，而不是物体，所以只能进行信息的传输。而物体的顿时联通我们须要这个物体的所有信息。信息比物质更重要，例如说在我们的身体上面，你用其他的碳原子代替你身体里的碳原子的话，你还是原先的你。我们须要对信息进行传输。在量子估算领域有一篇论文，我近来和建伟一起做的，你可以用量子隐型传态联接未来的量子计算机。似乎最重要的应用还是在于量子估算前面。
听众提问2：潘建伟院士能够向听众介绍一下中国科学技术学院量子信息的相关进展？
潘建伟：我们现今的重点是：
1.量子通讯的大规模应用，而且为未来的量子网路打下基础。
2.实用的大规模量子估算的东西。
3.高精度的检测。
我们在中科大的同学在这三个领域齐头并进。安东提及，希望我们继续进行合作。随着墨子号卫星的成功发射，以及在未来几年内发射的高轨道卫星，我们可以进一步实现量子通讯的相关实验。另一方面我们也在努力实现量子中继器。我们希望利用量子隐型传态技术，实现一千多公里的量子纠缠。安东，我们有一个十分不错的计划。利用我们最初的量子纠缠交换的实验，我们可以在未来的七年左右，在超过千公里的光纤中实现量子纠缠的分配。第二件事情是量子估算。在这个领域我们主要是做一些超冷原子的量子模拟实验。我们希望我们在不久的将来有一些不错的结果。在安东的帮助下，我们可以实现远距离的通讯。我们的高轨道卫星能同时看见俄罗斯和中国，所以我们想瞧瞧短时间传输信息到一万公里以外。
听众提问3：在空间上达到更长距离的量子纠缠，最主要的困难在那里？
潘建伟：最主要的困难在光子损失。在光纤中，光纤会吸收光子。在大气中，因为衍射极限，光束会显得越来越大。假如我们用一个有限的望远镜搜集光线，我们也会有光子损失。依照估算，我对在接出来三年内在法国和中国之间的光子传输超过一万公里有特别豁达的期望。并且在光纤中，在诺贝尔奖新闻发布会上，汉斯·汉森院长明晰谈到了安东的关于量子纠缠交换的原创性工作，是解决光子损失的惟一办法。从1998年到如今，我花了将近20年时间，在安东的指导下，我们第一次实现了量子纠缠交换。如今早已24年过去了，在4年或则6年后，我们应当能利用量子纠缠交换辅助的量子中继器技术，真正实现光子在1000公里内的纠缠分配。我们可以用量子中继器技术来解决光子损失。这是这条路的主要难点。怎么解决由光纤造成的光子损失问题上有好多的难点。
周思益：既然你讲到了最重要的问题是光子损失，你把卫星送上太空才能解决这个问题。若果在未来，我们有两个太空卫星，空间中没有大气，我们也不须要光纤，做一个纯粹的太空上的实验，你希望实现一个特别特别长距离的纠缠光子吗？
潘建伟：因为衍射极限，光束会显得越来越大。假如你想把所有的光都搜集到你的接收器里的话，你真的须要一个特别大的望远镜。那会很贵。所以我的意思是量子中继器可能会在常年运行中启动。这应当是量子中继器和量子通讯卫星的组合。假如我们把二者结合上去，我们或许会为全球量子通讯提供一个理想的解决方案。
蔡林格：如今我们来说说关于未来的一些东西。贝尔不方程的检验实验里有好多的漏洞，例如说局域性漏洞和测量效率漏洞（也叫无提高假定）。如今这种漏洞早已堵死上了。未来的实验不须要再度弥补所有的漏洞。举个粒子，在一些论文中，我们有和地球上的人一起做的贝尔不方程实验。当我们才能去火星的时侯，你晓得，去火星须要特别长的时间。在路上，这种宇航员会很无趣。那些人也许可以在宇宙飞船上和地面上的人一起做一些贝尔不方程的实验。她们有没有搜集所有的光子并不重要。重要的是我们晓得那些人作出的决定一定是和月球上的人没有关联的，是她们自己的自由意志做下来的决定。这一切都十分有趣。
小学生的问题
郑博元，上海101高中高二中学生，上海市热学大赛八强二等奖，第39届全省学生数学大赛决赛二等奖。
提问：近几六年来，好多科学家设计不同的贝尔实验去验证量子热学的可靠性，其中维也纳屋顶实验将验证范围扩大至了整个宇宙时空，请问两位老师，这个既简单又激进的方案构想是怎样形成的？实验过程怎样？实验结果怎样？
蔡林格：事实上，迄今为止最好的实验并不是在维也纳进行的，而是在加那利群岛上【4】。你做了一个贝尔实验，两个光子形成而且发送到两个相距一公里多的两个站上的两台望远镜上。这两台望远镜都处于非常良好的状态里。这两台望远镜对着宇宙看类恒星，不仅仅是看星体。这种类恒星距离我们几十亿光年。我们使用这种类星系发出的光的精典扰动来确定随机数，用在检测两个光子的偏振光上。这是我做过的最美的实验之一。
下一个目标是借助宇宙微波背景幅射。再下一个目标是迈向更古老的宇宙，借助宇宙中微子背景。这仅仅是猜想。更加强胆的看法是走到更古老的宇宙，使用原初引力波。但这只是推测，等实现那一步的时侯，我早已不在了。但这就是我们正在谈论的未来。
这个看法就是说你想要来源尽可能独立，所以你须要使用尽可能古老的光。为了防止这种光源之间的个别相关性，你必须使用十分古老的光，譬如说类恒星发出的光，或则是宇宙微波背景幅射发出的光，还有原初引力波。这是由于我们附近的光源，如我们身边的星星，它们之间可能有一些相关性，但你没法预想。
我鼓励所有的年青人不要被自己如今的可能所限制。其实你有一个现今不可能的看法，但其实在未来就有可能实现了，由于有时侯你不晓得新技术要多快能够实现。关于随机数字实验，第一个随机数字实验是我组里的坦帕·克雷格的建议。他使用了单个量子风波的量子随机性。玛丽莎做过两个用互联网上的数字，例如说股票市场，或则锁定多少用户来形成随机数的实验。我们原本想用这样的方式。但后来我们没有这样做，由于我们总是太忙了。
在此次节目中，潘建伟教授和蔡林格院士给你们分享了量子纠缠的基本原理，量子纠缠的应用，蔡林格院士分享了关于贝尔不方程的实验技术。据悉，潘建伟教授和蔡林格院士还分享了自己的科研和成长之路，对年青学者有着十分有价值的借鉴意义。
■注释
【1】中子干涉仪：安东-蔡林格最早的工作可能是他最不为人所知的。他在中子干涉仪方面的工作为他后来的研究成就奠定了重要基础。1963年到1971年，他在导师的指导下做了《onaDy-》的博士论文研究。
【2】自发热阻下转换：在量子光学里，自发热阻下转换是一种很重要的技术，可以拿来制备单独光子或彼此之间量子纠缠的光子对。早在1970年，大卫·伯纳姆（David）与唐纳德·温伯格（）就已对于自发热阻下转换给出详尽科学描述。卡罗尔·艾利与史砚华首先用自发热阻下转换机制制造出纠缠态。鲁巴·戈什（RubaGhosh）与伦纳德·曼德尔最早做自发热阻下转换实验获得双粒子干涉白色。
【3】Y.ShihandC.Alley,inofthe2ndInt'lonofQMinLightofNew,etal.,eds.,ofJapan,Tokyo,1986.
【4】BellTestusingfromHigh-Phys.Rev.Lett.121(2018)8,
■作者简介
周思益
2014年大专结业于中国科学技术学院，同年步入台湾科技学院王一研究组读博士，2019年步入斯德哥尔摩学院Bo研究组做博士后，2021年步入大阪学院野海俊文（Noumi）研究组兼任外国人非常研究员
主要研究引力波以及宇宙对撞机化学