Peter，历任日本帝国理工大学化学系中级研究员，美国国家量子技术计划战略顾问委员会主席，美国国家数学实验室量子计量研究所主席。曾任日本帝国理工大学副主任，美国化学学会（IOP）主席（2011-2013），帝国理工大学管理委员会和理事会成员，他也是英国光学学会（）的前任主席，基金会的监事。因为在光化学方面的出众工作，2005年他在法国女王生日封爵名单上被封为爵士。
导读日前，爵士接受了特邀编辑北京学院马小松院士的专访。在专访中，爵士回顾了量子光学的诞生与发展，介绍了自己历时60年在量子光学领域的研究经历。他介绍了自己与中学生在该领域的重要成果，以及发觉这种成果的轶事。他还列出了全球最新的量子科技进展，描画了可能会对人类社会形成的改革性影响。爵士是美国国家量子技术项目的领导者之一。在采访中，他追忆了该项目从无到有，从学院延展到工业界、政府部门并共同发展的历程。现今量子光学领域的许多顶级化学学家都是爵士的中学生。他分享了自己在培养中学生方面的理念和观点：尊重和欣赏年青人的能力十分重要。在采访最后，他追忆了20世纪70年代，当他还在康涅狄格学院做博士后期间，与多位量子光学奠基人共进晚餐，讨论学术的岁月。时隔近50年，他偿还晰记得：当看到（量子光学奠基人之一）介绍双光子干涉（亦称Hong–Ou–干涉）的奇特量子现象时，心里的那份激动之情。正是这份对科学的激情与热爱伴随着他半世纪的量子光学旅程！
撰稿|马小松（北京学院）
编辑|丁洁吕璇
马小松：您为何选择量子光学作为专业，能分享一下您在量子光学领域的研究经历吗？
Peter：20世纪60年代中期，当我还是个中学生，早已开始思索现今称之为量子光学的东西。量子光学在那时处于发展早期，当量子性质在光学实验中凸显下来时，才开始呈现迅速发展的征兆。这一领域最初被称为“量子电子学”，而“量子光学”则是被极少数关心光量子性质的化学学家所使用的术语。
大专时，我就从事这方面的工作。像许多中学生一样，为了证明可以做一些原创性的工作，我选择参与项目——研究光学泵浦。我对制做一个铯原子气室，并检测光泵浦过程中的所形成的相干瞬态这一过程很感兴趣，但当时我的工作是在射频范围内，用极其简单的实验和仪器完成的。这种实验都是用热光源做的，而不是现今采用的可调谐激光器。
我发觉量子光学十分诱人，也由于我当时做这个实验的仪器极其简单，所以让我有些飘飘然，自觉得可以成为一个实验化学学家。当我开始攻读博士学位，做的项目须要理论与实验相结合时，我很快发觉自己完全不能胜任实验工作，实验化学学家于我而言并不合适。当我说“我最好还是转做理论”时，实验室的其他人可能都很高兴。这段旅程是一个意外，虽然它很诱人。
于是，我的博士阶段转做理论，但在后来的工作中，我仍然与身边的实验化学学家保持着极其密切的联系，与杰出的实验化学学家交流讨论，同做实验的朋友一起工作。我想这在当时的美国是不寻常的，由于一般理论学家和实验学家在不同的院系。
取得博士学位后，我去了英国考文垂学院做博士后，与（前日本光学学会主席，国际知名量子光学专家）一起工作。我须要再指出一次，一个真正强悍的理论学家，总是和实验学家一起工作。我在的团队中渡过了美好的两年岁月，与十分伟大的人一起工作，但是第一次真正理解了怎样成立团队，怎么规划常年的职业生涯。
我于1974年回到奥地利。当时整个德国，对量子光学理论感兴趣并举办相应学术工作的人大约只有四五个。这是极少数人的兴趣，但这确实令人激动，由于步入一个新领域的体验很美妙。当时德国量子光学的领导者之一是谢菲尔德学院的（日本知名化学学家，《光量子理论》作者），同样地，也与实验学家密切合作量子物理学家的访谈，他对我的职业生涯有深刻影响。
期间我获得了多种基金捐助，让我第一次拥有了研究生。我与法国导师一起共同指导研究生。这段经历给了我与真正有才气的人一起解决棘手问题的经验。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，我加入帝国理工大学。我的研究小组扩大了，几乎成了系里的一个子系，有好多做实验的同学参与进来。在新加坡工作回到日本的经历让我明白，科研活动是国际性的。在与世界各地研究者的合作中，我获益颇丰，我的团队在最高产时显得特别国际化。我相信这对每个人来说都是挺好的借鉴：和世界上最好的人一起工作，你可以做好多事情。
马小松：您提及在上世纪70年代，在量子光学这一学科萌芽时介入并开始研究是美妙的。现今，量子信息是新兴技术，您对量子信息有哪些想法？您觉得我们如今处于这个领域的那个阶段？
Peter：这真是个好问题。量子信息科学诞生于量子光学，科研工作者在量子光学领域进行了常年的、大量的基础研究，量子估算、量子密码等都是从基础研究中形成的。实现这种东西须要耗费相当长的时间。在个别领域，我们取得了巨大的进步，但仍有一些困局须要解决。我觉得我们早已对很多化学现象十分接近并具有一定理解。即使推广这项技术才是真正的挑战，但我们确实了解了许多事情。
全世界对量子估算有着极大的兴趣。人们正在研发出众的靶机，我们看见中国潘建伟教授团队近来成功实现了压缩态玻骰子取样与超导芯片随机线路取样，取得了巨大的进步，证明了量子优越性。
如今，其实只有我一个人在害怕吧，我不觉得我们真的理解量子优越性的起源。为何我们能获得量子效应带来的加速？量子优越性的本源是哪些？我们晓得有量子纠缠、相干性、量子非局域性。并且，人们对量子估算的引擎知之很少。是哪些给了我们优势？我们有一种未知的力量，将为我们在信息技术方面带来巨大的优势，但这些优势的起源仍有待探求。
所以，假定“我如今还是个中学生，会怎么选择未来的研究方向”，我会回答：假如我重新开始，这是一个真正须要解决的大问题——我们晓得它开始运转了，而且为何它会运转呢？顺便说一下，我甚少对捐助我们的商界说这句话。
在成熟的领域里，年青的中学生常常有一种觉得，在这个已确立的学科中，年青科学家想取得成就相当困难，由于好多工作早已做了，她们只能做一点点增量或优化的工作。但在一门新学科中，你可以成为游戏规则的拟定者，你可以提供革命性的观点与方法。
新步入一个领域的研究者可以改变研究主题。我曾经最知名的中学生之一是ArturEkert（牛津学院院长，入选2018/2019年度墨子量子奖）。在他博士生涯的最后几个月，他提出了基于纠缠态的量子密码学。事实上，我们关注量子关联早已有很长时间了。他在贝尔不方程方面做了大量的工作，所以他在博士学位正式结束时进行量子关联的应用研究是很自然的事情。
在一个新兴领域，年青人可以带来多大的改革。例如牛津学院的，他虽然不是我的中学生，但我很了解他。在他初期的研究生涯中，他与他人共同发明了量子纠错码，这对目前大规模的量子估算十分重要。这就是为何在量子信息科学领域，世界上最聪明的一些年青人想要从事这方面的工作。这很吸引人，也有巨大的挑战，但她们晓得自己可以作出改变。
马小松：您刚刚提及ArturEkert，他对贝尔不方程、纠缠等的研究主要是基于量子化学学的基础研究。当时，您和您的中学生是否构想将这些基础研究转化为应用？
Peter：现阶段的一些数学进展一直须要大量的工程研究。我们可以构建基于纠缠的量子通讯，甚至可以像墨子号一样，通过卫星在光纤和自由空间中进局长距离量子通讯。量子通讯有巨大的潜力，信息安全的传输只是问题的一部份，我们必须才能处理系统的整体安全性。我们须要通过真实仪器的安全性来证明，而不是理想化的仪器。这项工作一直正在进行中，我们不想见到量子通讯系统只在理论层面上是安全的，但在实际工程应用中有缺陷。
我觉得量子通讯的实现和安全性方面还有好多工作须要进一步研究。并且听到像量子纠缠这样独特现象正在蕴育一个新的行业，这是很奇妙的。我见过贝尔本人几次，我想他会对这一切发展倍感欣慰。贝尔实际上是一个偏实验的化学学家。他的本员工作旨在于加速器的设计，在职业生涯的大部分时间里是一名加速器科学家，基础量子化学的理论研究工作是他的业余爱好。我猜他并没有想到自己的工作会成为一个全新产业的基础。
量子可以带来改革，不仅仅是纠缠，还有相干性。虽然，原子相干性是现代技术主要驱动力之一，是全球定位系统、星载原子钟等的化学基础。人们没有意识到，在世界各地的导航和计时系统完全依赖于保持原子载流子相干性。当人们说量子技术是一个仍未证明自己的新事物时，我总是提醒她们，我们早已走了很长的路并取得了成功：全球定位系统依赖于量子相干性，对世界经济作出了巨大贡献。
马小松：我们讨论了叠加、相干以及纠缠，这种是量子系统的主要特点，被应用于这场新的量子革命。您觉得还有未被发觉的量子特点可能是有用的吗？
Peter：就有用性而言，我们开始理解局限在那里、优势在那里。我们早已在电磁场侦测、引力的量子传感领域见到了这一点。而且，这种技术发展迅速。我1967年开始从事光学泵浦相关研究，现今我们可以建造十分小的光泵浦系统并用于测量脑部中的电磁讯号，一个真正紧凑的传感，如同一个单车头盔，用于检测脑部活动。这一领域的发展之一是在伯明翰从事量子技术的研究者们，她们建造了一种脑部传感，早已被诊所的内科大夫用于治疗肝病。这是一个监视脑部活动的量子传感，被拿来指导内科大夫的放疗刀。真的太神奇了。
有了电磁传感，可以侦测到其他东西。诸如：在建设新建筑之前须要了解地基情况，那里有隧洞，那里有缝隙等，却很难弄清楚地下是哪些，因此，在土木工程上早已浪费了大量的资金。但运用量子技术，一个可以检测重力差的量子干涉仪早已可以告诉你地下是哪些了。世界上有好多人正在建造检测地面基础设施的冷原子干涉仪。这很有趣，我们可以勾画地下世界的地图，并且毋须耗费数十亿去挖掘公路，找出管线在那儿。单粒子干涉仪是量子化学最基础的实验之一，而我们正在用它来找出排水管在那里——真是实用和未知的完美结合！
如今我们一直在思索一些更基础的事情，我们并没搞懂楚量子估算的力量来自于哪些。在这个领域中所做的大部份工作都是构建在假定之上，即当前对量子热学的认识是正确的，也就是叠加和线性。真的是这样吗？或则从极其灵敏的实验中获得证据，证明存在比已知线性量子热学叠加更多的东西吗？人们开始思索这个问题，在世界各地，科研工作者开始研究怎样利药量子技术的超高灵敏度，测量我们是否真的了解所有的基本自然法则。并且我们向大众承诺这会奏效。同样，实验的敏感性可以帮助探求基础科学中的新事物。
马小松：药量子力学来探求引力效应，对于基础研究来说是十分有趣的。您的意思是，对于使用高灵敏量子传感探求引力效应的研究人员来说，这也可能是一个潜在的新领域？
Peter：侦测暗物质是现代数学学的一大困局。人们开始关注量子技术是否能成为侦测暗物质的有用工具。宇宙的大部份是由我们不晓得的东西组成的：暗物质、暗能量。关于宇宙中占主导组成部份的情况量子物理学家的访谈，我们怎么做能够让人类知晓呢？量子技术早已开始为怎样做到这一点提供线索。干涉仪可以侦测到建筑环境中的重力变化，倘若能大规模工作，或许能够侦测暗物质了。这是世界上一些十分有看法的人正在做的事情。
马小松：现今量子光学领域的许多顶级化学学家都来自您的团队。能和我们分享一下您在指导和促进年青科学家和中学生的绝招吗？
Peter：这没有哪些秘密，但有些事情很重要。第一，尊重别人。尊重、同情以及欣赏他人的能力十分重要。在个别科学领域，大科学家做了所有伟大的事情，得到了所有的荣誉，其他人兼任着辅助职位，这是个别科学研究的典型工作模式。但在一个新兴的领域，这可能不是最好的方式，由于事情在以令人震惊的方法出现。
在我职业生涯的初期阶段，在展示独立性中我确实获益颇丰。但当我成立自己的团队时，我早已27岁了，是时侯给年青人独立成长的机会，毕竟她们能否改变这个领域。我一生中大部分时间是作为一名学院院长渡过，老师的全部意义在于培养，鼓励下一代学者，这是我们的工作。所以，让最优秀的人进来，给她们良好的机会，同时找到让她们尽早独立的机制。这就是诀窍。尊重她们所能作出的贡献，整个领域就会获益。除了这么，就会有优秀的人想和你一起工作。
我将隆重介绍我的一些中学生，虽然她们可能会倍感难堪。我里面提及了ArturEkert，Artur博士结业后立刻获得了基金捐助，开始独立承当工作。是我另一位极其聪明的中学生，他也很快获得了基金捐助，如今是爱尔兰皇家学会的研究院长。Barry是我的另一位中学生，他在卡尔加里任教。
给年青人一个展示个人学识与潜质的机会真的很重要，她们蓬勃发展，这个领域蓬勃发展，二者相互推动。我觉得指导也很重要，我希望更多的人能更多地关注并指导中学生，由于这才是这个领域真正有效发展的方法。我的中学生，例如，如今是牛津学院的院长；Kim，是我在帝国理工大学的继任者之一。她们中的许多人都做了特别杰出的工作。
马小松：据我所知，您是日本构建量子技术项目的领导者之一。您能简单地给我们讲讲该项目的历史吗？立项之初是否碰到困难？您觉得这个项目在未来5年的发展方向是哪些？
Peter：我们在量子光学和原子化学等领域有良好的科研背景，并得到了外界的认可。2010年前后，操纵和控制单个量子系统，并逐渐应用到具有工程重要性的事务上，是我们项目的重点。
那是一段令人激动的时期，我们开始思索怎么将量子科学转变为量子技术。在美国，我们在该领域有真正的优势。但我们意识到，假如能把例如工业、政府部门、大学等合作伙伴团结上去，可以做得更多。国家计划可以让每位人都参与其中。我们开始讨论这个看法，设法从外界得到一些支持，使得这个项目成功。我们讨论了很长时间，忽然间这个项目被推进了。
我记得在2012-2013年，我们为商界写了关于量子化学学能做哪些的报告，报告篇幅很简略，然后财政厅长想要一份4页的总结；之后总统说，能给我一份1页的总结吗？后续的进度十分迅速。2013年末，我们就获得了2.7亿美元的资金用于建设这个国家级项目，这在当时是一大笔钱。我们又降低了其他内容，第一个时期的投入总资金约5亿，建设了与工业界合作的枢纽。我协助写了一个三年捐助的愿景，如今有大概10亿资金支持项目。这意味着我们可能比其他人更早执行交叉合作项目。
其他国家仍然都有特别强悍的量子科学项目，但协调量子科学的看法相对较新。量子科技吸引了不同领域的专家——工程师、计算机科学家、物理学家、政府人员等等。这真的很有趣。日本量子技术国家计划聚焦量子传感器、量子通讯、量子成像以及量子估算等领域，这几大支柱也早已成为世界范围内其他研究项目的主要发展方向。欧共体量子旗舰项目反映了这一点，日本的国家量子计划（，NQI）项目也反映了这一点，所以我觉得我们的基本方向是对的。
马小松：我相信美国的量子研究人员会谢谢您向政府提倡提供常年稳定的资金支持。据悉，这样一个国家项目也会激励其他国家投资量子技术。我们你们都应当十分谢谢您的努力。
Peter：感谢你能这样说。正是整个量子技术领域的活力、热情和兴趣让它显得有价值。看见世界各地正在发生的事情十分激动。我记得当我在佐治亚学院做博士后时，我会和办公室里的人一起吃晚饭。我周围办公室的人有EmilWolf（光化学学先驱，《光学原理》作者）,,以及（日本化学学家，量子光学领域先驱）。作为一名年青的研究人员，接触她们这样的量子光学奠基人对我来说十分重要。这证明了科学知识是多么令人激动，让你想真正成为其中的一部份，一生都为之着迷。
量子光学中十分重要的实验现象是Hong–Ou–干涉——双光子以一种有趣的形式干涉。我第一次看到这个概念是从它的发觉者那儿：假如你把两个相同的光子装入分束器，它们会从分束器的一端输出，而不是一个光子从一端、另一个光子从另外一端输出。早餐桌上的其他人问这是真的吗？当看到那些令人惊讶的事情时，那真是太棒了。这就是为何应当做科学，这是每位人文化体验的一部份，对新的发展倍感惊讶。
让我用一个门生的事例来结束明天的访谈，我只能部份地宣称他是我的门生，由于他不是我的中学生，他和我一起做过一段时间的博士后，后来成为了院长。他就是Terry。
Terry是量子估算公司的创始人之一，对基础科学做了一些极具前瞻性的思索。公司近来进行了一次重大融资，就在两周前，纳斯达克对其市值为31.5亿港元。谁会想到他一直在撰写精彩的基础科学论文，同时，作为理论家与O'Brien和Pete等人领导着实验工作，她们早已用这些方法建造了一个量子引擎，如今价值30亿欧元。
Terry研究基础数学，构建了世界上最大的量子估算公司之一，那是一次惊人的旅程，但这构建在世界各地科学家数六年辛劳工作的基础上。
Terry是美国人，但他是在英国和南非长大的。O'Brien是俄罗斯人。这些集体合作的能力，让世界上最好的人和我们一起工作的能力，真的很有趣。中国有潘建伟和他的团队，在实现大规模量子网路和实现量子估算优越性方面取得了世界级的成果。世界各地的科学领导者正在改变人类。
注：中文已全文刊载于2021年，欢迎查看