2022年11月13日，由中共天津市朝阳区委组织部、北京市朝阳区科学技术商会承办，果壳主办的“朝阳科学荟”活动成功召开。南京理工学院化学大学院士尹璋琦带来讲演：《从记忆移植，到量子纠缠》。
尹璋琦讲演视频：
以下为尹璋琦讲演实录：
你们好，我叫尹璋琦，来自上海理工学院。明天我想讲的是《从记忆移植，到量子纠缠》，这个题目有点生物和量子化学的交叉。
我们晓得，最早把生物和量子结合上去的是大化学学家薛定谔。他在1935年时，提出了非常有名的悖论，称作“薛定谔的猫”。
“薛定谔的猫”是哪些呢？
薛定谔想把一只小仓鼠放在一个黑袋子里，袋子上面不仅有猫，还有一瓶毒药、一个榔头，一个放射性物质。在一段时间内，这个放射性物质可能会处于放射，或则不放射的量子叠加态。一旦它放射出射线后，才会被黑袋子里的侦测器接收到，并控制袋子里的斧头，紧接着斧头砸碎毒药盒子，猫就死了。反之，假如没有放射的话，猫就是活着的。
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假如没有打开袋子，依据量子热学，这只猫都会处于生和死的量子叠加态，只有打开袋子的顿时，我们才晓得究竟猫是生，还是死。就是关于薛定谔的猫的悖论，从1935年争辩到现今。
以后的化学学家们因此提了很多想法。例如，多世界理论，说的是当打开袋子的顿时，世界可能会分成两个平行世界，其中一个世界的猫遭到幅射的影响，另一个世界则没有发生幅射，猫是活的状态。问题是，我们还是不晓得猫究竟是活还是死最早提出量子概念的物理学家，每打开一次袋子，就会把世界分成两个。如果打开好多次袋子，那我们的世界都会分裂成无数多个。
还有人提出来说，假如我们自己就是那只猫呢？构想自己来玩“薛定谔的猫”的游戏，结果你会发觉自己在观察自己，就让自己不断处于一个活着的状态，这被称为“量子永生”。
学问做到这早已有点不可思议了，而且实际上还有更不可思议的事情。1961年时，薛定谔的好同事，魏格纳——量子热学当时的创始人之一，也拿过诺贝尔化学奖，在学术生涯晚期时，他开始研究量子热学的演绎和哲学问题，写了一篇文章称作《试论心物问题》。文章上面他提出了名为“魏格纳的同事”的假想实验。
魏格纳的假想实验说的是，当他去做薛定谔猫的实验，将自己关在实验室，之后外面有个同学通过电话联系魏格纳说：你这个实验做完了吗？猫是不是早已确定状态了？魏格纳说是的。注意，此时猫的“生死”已经确定。并且，依据量子热学的可逆效应，站在门外的魏格纳的同学，可以施加量子逆转，门里的猫的生死就可以翻转，同时，魏格纳本人所觉得的“猫的生与死”的意识也有可能被翻转。
当阐述到这一步的时侯，把生物和量子结合其实早已走到绝境了，纯粹哲学的阐述也仿佛早已到头了。但实际上，量子热学最核心的应用虽然是在物质科学中，但是彰显在我们的生活中。
哪些是量子热学的应用？例如原子弹、氢弹，这些可以扭转情势的大规模杀伤性装备。据悉，量子热学也应用在工业里面，例如信息科技、半导体技术、激光、光通讯等一系列技术，组成了现在的联通互联网、计算机等等。甚至金融科技中的物质基础也是量子热学的应用之一，由于它使用了芯片、半导体技术。可以说，过去的一百年是量子化学、量子热学极为成功的一个世纪。
去年10月份的诺贝尔化学奖，就是颁给研究量子热学基本问题的三位科学家，奖励她们持续地对“贝尔不方程”实验、研究，以及对量子信息科学的研究。
|2022年诺贝尔化学奖|
贝尔不方程虽然提出得非常早。起因是，1935年由爱因斯坦等三位学者提出了称作“EPR佯谬”的理想实验，首次给出所谓“量子纠缠”的反例。实验中有一个纠缠光子源，发出了一对纠缠光子，到远处的测量器1和测量器2。这两个测量器在相隔很远的地方，通过检测光子们的状态，我们会发觉光子1和2之间，是关联的，并且是赶超时空的关联。这就跟爱因斯坦的狭义相对论冲突了，所以把量子纠缠称做“非定域性”的特点，听上去非常神秘。
爱因斯坦觉得这些冲突是由于量子热学尚不完备，所以到了1964年，科学家贝尔提出了贝尔不方程的概念，说的是通过实验检测，假如实验违反贝尔不方程，就证明量子热学确实具有超空间的关联。大约从1970年代到2015年，近四、五六年的时间，贝尔不方程才得到最终验证。
贝尔不方程这样的研究，确定了量子热学一些最基本的特点，而且这种特点是只存在于量子世界中吗？量子世界和精典世界的边界究竟在那里？这就要涉及到宏观的量子叠加态研究了。虽然许多科学家都企图研究宏观的量子效应，例如光的双缝干涉研究，科学家们从原子到电子，再到分子，甚至到近些年更复杂的大分子，都试过了，但是都能见到类似物质波的干涉，这是宏观的干涉效应。
宏观系统下的量子效应不光是科学家感兴趣，各类影视作品中也有诠释。
影片《蚁人2》中，死侍搭乘飞行器把自己缩小，在缩小到量子区域前，镜头会给到飞行器外边的一些奇怪的生物。这种生物看起来很凶狠，实际上这是水熊虫，也就50个微米大小。镜头语言暗示我们的是，虽然水熊虫就是量子世界和精典世界的边界所在，这或许也是一种生物体量子效应的研究了。
《蚁人2》剧照
有趣的是，近来真的有位法国学者说要把水熊虫放在高温真空中，在振子上作出水熊虫的量子叠加或量子纠缠态。我看了这则新闻播报的时间后认为非常有趣，由于影片《蚁人2》也差不多在这前后播出的。是《蚁人2》的导演看见这个看法，编了一个水熊虫，还是科学家看完《蚁人2》后决定把水熊虫做到量子叠加态、做到量子区域呢？
今年年末，美国的科学家还真的把水熊虫冷藏上去，放在超高温的超导电路中，这个超导电路的气温大约只有绝对零度以上，10毫开尔文度，之后在上面做了量子纠缠实验，让水熊虫作为电容的器件来完成实验。这个实验做完以后，水熊虫又被冷藏了20天后解冻，没想到解冻后的水熊虫完全恢复了生物活性，证明水熊虫的量子效应在未来可能实现，且是保持生物活性下完成。
这种生物的量子叠加态研究让我想起了当初的中考习作，1999年的中考习作题目是：《假如记忆可以移植》，当时我的习作写得不是太好，可能只拿了及格分，所以读书的那些年，仍然对此耿耿于怀。为何说量子研究会让我想到记忆移植呢？由于后来当我研究量午时，发觉它可能和一个称为“量子隐性传态”的效应有关系。
左图：；下图：《科学日本人》2018年7月：
隐性传态效应，指的是我们可以用非定域性的量子纠缠，也就是上面提的贝尔不方程所验证的量子纠缠，来实现相距很远的两地之间的信息传递，可以将一个未知的量子信息，从A传到B点。这个效应近来也有很大的发展，例如中国发射的量子卫星——墨子号，实现了星地之间的量子隐性传态，以及超过一千公里的量子秘钥分发等等。未来甚至可能迎来全球量子网路的建设。
再说回生物的量子叠加态，人们在十多年前就开始研究，是否可以把病毒做到量子叠加态，即作出病毒的量子纠缠、量子叠加等效应。这种效应之所以创立，是由于人们认为病毒非常顽强，在高温真空下还能否保证生物活性。
为何要做病毒的量子叠加？首先，有趣的是由于它很像薛定谔的猫，是属于生物体的量子效应。其次，它可以用于研究生物的量子叠加，以及生物生化过程跟量子效应的互动作用。未来某三天，其实我们可以以它出发，将一个没有被冷藏、真正带有意识活动的生物体做到量子叠加，甚至作出意识体的量子叠加、量子纠缠。
当有意识的生物体量子叠加和量子纠缠做完后，原则上也可以实现生物体内部状态的量子隐性传态，或说最早提出量子概念的物理学家，作出我心心念念的记忆的量子传输。
微生物量子叠加理论方案|尹璋琦供图，%
我们在2016年跟合作者提出了一个看法，就是我们不光可以把病毒做到量子叠加态，还可以把更大的真菌、微生物，例如大概几个微米的真菌放在超导电路中某个薄膜的振子上。超导电路薄膜振子上的真菌可以被冷却到量子区域，由此做到量子叠加态。
倘若能做完这个工作，我对当初的中考习作也就释然了。其实当时习作确实没写好，但没想到然后竟然能研究如何传输病菌的记忆。这个过程和看法，虽然跟一部80年代有名的悬疑片《星际迷航》有点关系。在悬疑片中有个传输机器，才能把宇航员在星球表面和飞船上来回传输。如今看这个技术是科学幻想，根本不可能做到，但若果某天真的才能把生物体的记忆全都传输到远方的话，某种程度上也算是把生物体传输走了。
你们可以稍稍展望一下，假若能将有意识的生物体进行量子叠加的构想，假如真的能实现的话，我们借助量子隐性传态、量子网路的技术，把生物体的意识结合在一块，是不是就可以把现今全球互联网进一步升级，成为量子互联网？甚至是否更进一步升级为量子网路，且是意识的量子网路呢？
在量子意识网路中，其实我们实现的不仅仅是元宇宙，还可以是“量子元宇宙”，指的是量子全球意识网路的宇宙。其实这样的技术还在研究中，不过我相信，在现今数字时代、数据时代的种种积累，在未来，假如真的要作出量子网路、全球量子网路，乃至于生物意识网路的话，我们也会当仁不让。
我们也希望，不光是朝阳区的中学生，还有普通民众，都还能支持数字经济、数字技术，乃至未来的量子网路、量子技术方面的发展，感谢你们！
讲演嘉宾尹璋琦：《从记忆移植，到量子纠缠》