黑尔戈兰2025 | 专访量子计算先驱Peter Zoller（下）

接前文：黑尔戈兰2025| 专访量子计算先驱Peter Zoller（上）

从离子阱、中性原子到量子中继器

今天，我们在这里听到的这些实验报告，正是基于这些最初的构想。

赛先生：我听了一部分你和Ignacio一起参加的那个播客，我忘了是去年的，还是今年五月的？

Peter Zoller：去年九月，在普林斯顿。

赛先生：我记得你们在播客里谈到在研究中也尝试过使用中性原子。

Peter Zoller：是的，我们确实做了很多关于中性原子的研究。

也许你听过Mikhail Lukin在这次会议上的报告。他讲的核心就是如何在中性原子之间制造纠缠。那背后的基本机制，其实来自我们发表的一些论文。所以，我们算是Mikhail Lukin谈到的里德堡量子计算机(Rydberg quantum computer)中纠缠的基本机制的参与者。我是说，我记得我最初提出这个想法的时候，Mikhail Lukin也在差不多的时间独立想到了这一点，后来我们把想法合并，一起写了论文，最终，形成了一次合作。

今天，25年过去了，这些想法变为现实，它们是这种中性原子量子计算机的核心。

所以，我们既研究了离子阱，也研究了里德堡原子，也就是激光操控的里德堡原子。所以，构建量子机器所需要的基础思想，很多来自于我们当初的工作。

赛先生：（量子计算）在最开始的时候，有几种不同类型的量子比特，比如核磁共振（NMR）量子比特，超导量子比特，还有离子量子比特等。是不是有技术上的原因，导致现在许多实验室主要是采用离子和超导方法这两种策略？

Peter Zoller：还有中性原子量子比特。也需要我们应该从历史的角度来看待这个问题。

我在博尔德的时候，了解到离子的研究，是因为我的同事Rainer Blatt当时经常来访，他就是做离子实验的，所以我们从中学到不少。而Dave Wineland也在不远处做离子研究，他做的是原子钟。当我们刚提出用囚禁离子来构建量子计算机的想法时，就实验进展而言，离子系统是当时最先进的系统。在那个时间点，只有这个系统可以被重新设计，或者说用来构建量子计算机。

其中很大的功劳，应该归于像Dave Wineland这样的人。他当时在建造（离子）原子钟。而你拥有一台原子钟，其实就相当于你在构建一个非常优秀的量子存储器。他还做了量子跳跃的实验，那就相当于读取量子比特的过程。我们则在这个基础上引入了纠缠。

Wineland 用的是单个离子做原子钟，信号非常微弱，所以他放了好多个离子形成了一整串。我们看到这个意识到：这现在是好几个离子，就不再是一个量子比特，而是多个量子比特，成为一个量子寄存器。

那怎么让它们发生纠缠呢？在电磁阱中，离子有这种量子化的振动，也就是“声子”模式，它们允许离子之间发生纠缠。于是我们提出了量子门的设计。

所以，当时我们研究离子系统，是因为那时它是实验之中最先进的系统。后来，当然就有了其他的发展，比如中性原子的研究——伴随着玻色–爱因斯坦凝聚体（BEC）的实现。玻色–爱因斯坦凝聚体给我们提供了接近零温度的原子云，但它们不能直接用作量子比特。原因是，玻色–爱因斯坦凝聚体中的许多原子都处于同一个波函数中，也就是同一个量子态，它们不是独立的量子比特。所以我们要把玻色–爱因斯坦凝聚体转化为量子比特。我们提出了一些构想，比如Mott绝缘体——超流体与Mott绝缘体之间的量子相变。我们能够从理论上证明这一点，很快它就被实验验证了：可以把这些玻色–爱因斯坦凝聚体的原子云加载进一个光学晶格中，把它们一个个分开。或者像今天所做的那样，用“光镊阵列”来捕捉每一个原子。

接着问题就来了：我们如何让它们纠缠？于是我们又提出了使用里德堡激发的办法。也就是说，用激光把一个原子激发到一个非常高的能级。这样一来，原子的“体积”就会变得像一个细菌或者病毒那么大。当两个原子靠得够近时被同时激发，它们就会发生强烈相互作用。我们就利用这个机制，提出了如何在量子计算机中进行纠缠门操作、如何纠缠的想法。

所以，我们以离子作为平台，又发展了中性原子平台。今天，我们在这里听到的这些实验报告，其实正是基于这些最初的构想。当然，它们现在正在扩展和规模化。但核心思想，是我们在20世纪90年代末提出的旧想法。

赛先生：那其他方法呢？比如说，NMR量子比特？

Peter Zoller：我认为NMR是一个很有意思的想法。但NMR最后有两个主要问题：一是NMR系统难以扩展；二是它的温度太高。

你可以买到一个NMR仪器，但你不能说“哦我买了它，也许它就是一个量子计算机了”。它的温度太高了。在实验上，人们一直尝试实现低温NMR，尝试了很久，也有很多有趣的方法。但最终，并没有什么东西能真正与其他系统竞争。市场上有很多很多想法，但最终只有某些能真正实现。我们很幸运，那些能实现的想法中也包括我们的。

赛先生：我在会议上听到现在有一个新的体系，叫作“机械量子比特”。

Peter Zoller：机械的量子比特，类似于“声子”（phonon）。我们曾经研究过一种机械量子比特，从某种意义上来说，比如你有带电的离子，它们之间相互排斥，就可以振荡。这本质上就是一种机械系统。当然，今天你在报告中听到的更多是微观机械振荡器一类的机械系统。它们可以用作传感器，但这不是量子计算。

赛先生：它更主要用于量子传感方面。

Peter Zoller：没错，是用于量子传感。这其实也非常令人着迷。我得说，这些报告真的非常精彩。

赛先生：令我印象深刻的是，你后来还有不同的研究，例如量子中继器（quantum repeaters）。

Peter Zoller：关于量子中继器，一直以来都有这样一个问题：如果我建造了一个小型量子计算机，要如何把它和另一个距离很远的量子计算机连接起来？这也就变成了量子通信的问题。而扩展量子计算机，也需要量子存储和用于量子通信的本地逻辑门操作。

最早期的量子密码术，主要是用光子传输信息，你可以把光子存储在原子云中。但之后又了具有很长寿命的量子存储器，其将原子与光子结合起来，从而实现远距离纠缠。

赛先生：所以对于远距离的量子通信，你认为它与量子计算中存储信息的方式类似？

Peter Zoller：没错，它就像是量子计算机的网络，你想要连接它们。在非常远的距离上，我想说，中国的潘建伟可能是这方面的世界领先者。中国在构建量子网络方面处于领先地位。当然也有来自其他地方的激烈竞争，但我认为潘建伟做出了一些非常基础性的实验性演示，清晰地描绘了这些系统。他本人也是技术上非常强的人，在很多方面都是领军人物。

与他合作，让我感觉自己更聪明

他能让我说出比我本来水平还聪明的话。也许反过来也是一样的。

赛先生：你和你曾经的学生Ignacio Cirac 合作了许多年。你们两位是更互补，还是更相似？

Peter Zoller：我觉得我们是既互补又能很好地连接的合适组合（We are the right mix of being complementary, but also then able to connect in the right way)。对我而言，我通常是那个经常提出“做什么、不做什么”的人，而他则是那个真正会说“好的，我们把它做出来”的人。（大笑）。

赛先生：所以，你是想法的发起者？

Peter Zoller：是相互。我必须得说，每当我和他讨论，我总觉得自己说出了比平时更聪明的话。

赛先生：你和他交流时会觉得自己更聪明？

Peter Zoller：是的，绝对如此。

赛先生：为什么？这是怎么发生的？

Peter Zoller：我想我们有相似的思维方式，但同时也是互补的。有时候，就会有一个想法，可能是某个星期六下午，我们本来想讨论一些技术问题，结果越聊越深入，话题不断发展，就像打乒乓球一样，你来我往，有时丢球了，就再重新开始。最终，总会碰撞出非常有意思的想法。也许这些讨论的结果，我们最后会说：“哦，我们必须写一篇关于这个的论文”。但最开始，我们只是随便聊聊这些东西。

那是一段非常有创造力的时期。我想说，那可能是我在物理学职业生涯中的“黄金岁月”，和Ignacio合作的时候，因为我们是如此互补，他在数学上非常强。而且，我们至今仍是非常好的朋友。

赛先生：那你是否又遇到过其他像他一样的理论物理合作者？

Peter Zoller：我会说他是个很特别的人（he was kind of a singular person）。我当然也有很多优秀的学生能够合作。通常情况下，学生当然是你带进来的“小婴儿”学生，然后你培养他们。在某个时候，有些会成为平等的讨论伙伴。

赛先生：但你的学生很多，为什么他是独一无二的那一个？

Peter Zoller：我有很多很优秀的学生，但常常情况是：你会“洗脑”学生，把他们培养成某种程度上是自己的复制人。

赛先生： “洗脑”？

Peter Zoller：是的，洗脑。你知道，他们就会变得有点像自己的翻版。他们接受了教育。但后来他们又变得非常聪明，成为了很棒的讨论伙伴。我有几个学生和几个博士后，当你与他们合作时，他们很关键，也许你有一个想法，他们就会跟进，真正让这个想法实现等等。

赛先生：Ignacio 没被“洗脑”吗？

Peter Zoller：没有。他是无法被“洗脑”的。不会。

赛先生：他是比较独立的那种？

Peter Zoller：是的，他真的很厉害。当我们刚认识的时候就非常契合。他当时还只是个博士生，在西班牙，但必须得去国外交流一段时间，于是他决定来找我。那时候我还在因斯布鲁克，准备收拾行李搬去博尔德担任教授。

因此我说，为什么他不能一起过去？于是他跟我一起去了，大约在那里呆了半年，然后又回到西班牙待半年，如此来回。我给了他很多研究问题。在某个时候，它真正变成了一种平等的伙伴关系。他是我所认识的最杰出、最有能力的人之一。他是一位杰出的理论物理学家，但也非常关心如何把理论实现出来，像量子光学这样的实验方向，并能很好地将两者结合。我想说，他可能是我认识的最了不起的人。

赛先生：你们有意见不合的时候吗？

Peter Zoller：当然，我们经常有分歧，因为讨论就是这样的。但通常，我们在发展一些点子的时候，起初可能没那么明确，但随着讨论深入，会发现很有意思的东西。就像我说的，他能让我说出比我本来水平还聪明的话。也许反过来也是一样的。

要有远见，也要了解实验的进展

你得与他们的兴趣模式匹配。我想这始终是开展合作的基础。

赛先生：大约在2023 年，我曾有机会和叶军教授交流。当我查阅他的资料时，我搜到了一篇关于你们两位如何在加州理工学院相遇的文章或新闻报道。

Peter Zoller：我实际上认识叶军更久，因为叶军当时是在博尔德的学生，我在那儿做教授，后来我离开回到欧洲。叶军当时从上海来到美国，原本想学理论物理，但他不太喜欢，后来去了科罗拉多大学，在Jan Hall 的团队中成为一名实验物理学家。Jan Hall 最终获得了诺贝尔奖，然后可以说叶军在赢得这个诺贝尔奖方面发挥了非常重要的作用。

我们最开始在博尔德没有交集。但后来，我们非常熟了。2008 年在加州理工学院，他是 Moore Fellow，我也是 Moore Fellow，Jeff Kimble 是我们的东道主。我们都在同一个办公室。所以在那几周内，我们一起写了很多论文。可以说，军是我认识的最杰出的人之一。

赛先生：你也与Rainer Blatt （因斯布鲁克大学教授，著名实验物理学家）合作过吧？ 还有其他科学家吗？

Peter Zoller：当我还在博尔德的时候，Rainer 在这儿做长期访问。他是一名离子阱专家。他告诉我们：“你们应该研究离子，对离子感兴趣。”我们就是这么做的。所以从这个意义上说，是他把我们引向了正确的方向。他也是那个采纳了这些想法并说“好的，这台量子计算机，我来建造它”的人。然后他做到了。

赛先生：很多理论物理学家提出了理论，但他们找不到合作者，无法将理论付诸实验。你是怎么找到实验上的合作伙伴的？

Peter Zoller：我认为合作是自然发生的，尤其是在实验方面。作为理论物理学家，学到的非常重要的事情就是：你了解实验目前的进展情况，实验科学家能做到什么。也许更重要的是，你可以从他们正在做的事情中看到，五年后，他们会达到什么水平。然后你问自己，用他们五年后的工具，他们能做些什么根本性的、有趣的事情？

我认为这是提出理论问题的灵感来源。所以从这个意义上说，理论与实验的紧密结合对我们来说在某种程度上是非常根本的，因为这使我们能够将理论直接与实验联系起来。

在我的职业生涯中，这种模式一次又一次地发生：我们总是预见到未来几年，他们可能会做那些事。那会非常有趣，因为我们就可以思考那些事情。

赛先生：所以你会为实验物理学家思考未来的问题。

Peter Zoller：对，然后你会发现实验物理学家也会意识到你说的这些事情，比如你告诉他们：第一，这是个非常有趣、有前景的想法，因为它属于宏大愿景的一部分，比如构建量子模拟器、量子计算机，也许是量子网络等等。

然后他们也会说：这些理论物理学家也懂得一些实验。从这个角度说，他们会意识到他们也许真的能在实验室里做出这些东西。

你知道他们在做什么，进行推断，然后说，如果你非常努力，你就能做到这一点。这非常重要。

赛先生：你会去合作者的实验室吗？我是说，去看看实验进展如何？

Peter Zoller：不会。你总体上了解他们做了什么。这并不意味着你要亲自参与实验，但你大致了解他们可能能够做什么，他们正在做什么，他们将来可能能够做什么，以及他们面临的问题。然后作为理论学家，你就可以思考这些问题。

但有很多理论家的工作是，比如一个实验小组正在解决某个特定的问题，然后他们说，理论家来帮助我们解决这个问题。

而我们是不同的。我们的工作方式是，看自己能做什么，我们对于要解决的这些问题进行思考。但我们想要思考更超前，思考今天的状况和未来的方向，能否做一些根本性的新事情。所以我们是做前瞻性的思考，而不是为实验做收尾计算。

赛先生：能举个和实验合作的例子吗？

Peter Zoller：例如“离子阱量子计算”。我们首先提出了这个想法，并撰写了论文。之后和 Dave Wineland 以及 Rainer Blatt 等人进行了讨论。他们随后进入实验室，并宣布：“好的。这现在是我们实现这个目标的长期计划。”

所以我们提出的是理论构想，但它与实验的距离足够近，所以他们可以着手尝试。但这个过程需要很多很多年。

我们很幸运，我们在里德堡原子的案例中也重复了类似的路径。再一次，我们提出了理论想法，实验物理学家，他们花了十年才实现，那是十年的艰苦工作。如今它已成为中性原子量子计算的基础。

再比如量子中继器（quantum repeater），或者原子光晶格中的量子模拟器，这些方向也是我们先有了理论设想，写成论文，实验学家读了后决定花几年时间去努力实现它们。最终他们做到了。

所以，虽然我们没有直接参与这些实验，但我们为他们提供了种子想法。我们有了这个想法，然后说服他们这可能值得一试。这是一项长期投入。不是那种“今晚去实验室调调参数就能做出来”的东西。这真的是很多很多年的投入，这也意味着实验者必须信任我们，相信这有意义。但另一方面，他们自己也知道什么有效，什么无效。他们认可我们的想法，不仅是因为科学愿景具有吸引力，而且他们判断这在实验上是可行的——能够成功。从这个意义上说，我们非常幸运。

赛先生：所以你必须具备远见，要能看出最值得解决的重要问题，同时理论还得具备可实现性。

Peter Zoller：是的，正如我之前说的，我们与很多原子、分子与光（AMO）物理学的理论学家不同。很多人是看到实验室有某个设备，才去想：“明天我可以做点什么？”我们是问：“几年后我们可以做点什么？”

赛先生：Rainer Blatt 现在还有实验室吗？

Peter Zoller：他和我一样，现在是荣休教授（Emeritus Professor）了。但有很多年轻人追随他，我的意思是，Rainer Blatt以前的实验室现在由他的学生们，也就是以前的合作者们管理着。他们现在都是教授了，而且都沿着这些方向继续前进，我们也和他们合作得非常密切。

赛先生：对于你们理论物理学家来说，有什么建议能更好地与实验学家合作？

Peter Zoller：我觉得你得清楚实验学家能做什么，他们实验室里有什么设备。如果你讲的东西超出他们的实际能力范围，他们就不太感兴趣了。所以从这个角度讲，你得与他们的兴趣模式匹配。我想这始终是开展合作的基础。

赛先生：那么，实验物理学家是否给你留下了深刻印象？什么给你留下了最深刻的印象？

Peter Zoller：我非常佩服实验物理学家，因为他们能够在实验室里做几年前我们认为不可能的事情。今天，他们能够做到。所以这种实验的进步、这些能力以及所有这些想法，发展这些东西在某种意义上是基础性的，你知道，有了这种实验进步，我们总能超前思考，哦，有新的事情可以做。

所以基于这一点，我非常尊重实验主义者。而且在他们能够在有限的时间内完成的情况下，他们也非常乐于倾听我们的想法。

赛先生：那你和Rainer Blatt或叶军之间的合作呢？这些年有什么变化吗？

Peter Zoller：你知道，Rainer Blatt在实验室里有一个漂亮的量子模拟器。它就在那里。问题是你要用它做什么？是否有我们可以在这台机器上运行的一些可能具有根本性的新东西？可以是演示，也可以是别的，也许是新的量子算法，也许是回答新的物理学问题。这些年来，我的学生和那些博士后，当我们与他们合作时，我们为他们提供了想法，真正的新想法。

现在情况发生了一些变化，在量子计算的早期，总是这样，我们有一个想法，但他们需要五年或十年才能实现它。但现在他们建造了这些机器。所以很多时候，他们会说：“哦，我们有一个想法，可以做些什么。”你不用写一篇理论论文，然后等待五年，然后他们才去做。现在很多时候，就是，嗯，有一个想法，你可以去那里，立即就做。然后你们开始共同撰写关于这些事情的论文，你不仅撰写理论论文，而且立即呈现它的实验实现。我认为这是一个根本性的变化。

量子计算的进展是真实的，但我们害怕炒作

只需要一个人过度推销，就会造成很大的损害。

赛先生：我了解到，在量子计算的早期，一些人怀疑它是否真的可行，甚至觉得这是一种炒作。但现在，依然有人担心量子计算被过度宣传了。你怎么看这个问题？

Peter Zoller：量子计算的发展是有不同阶段的。我记得那十年间我们在写论文、开会讲量子计算的时候，很多人说，“这根本不可能。这不会成功。”

当我们撰写论文或在会议上谈论量子计算时，有很多人说：“好的，这永远行不通。永远行不通。”然后社区中出现了一个转折点。这可能发生在2008年底左右，也许是2010年，他们转变了，每个人都说：“这会成功。这毫无意义。”当然，它会成功。这完全有意义。而真相总是在两者之间（the truth is always in between）。

所以它确实取得了长足的进步，你知道，但你不能在某个时候说：“哦，现在它成功了，现在所有人都相信了。”总会有一些问题。顺便说一句，公众舆论在开始时过于悲观，但在某个时候，他们变得过于乐观，因为：“当然，这会成功。”

而现实是不同的。现实是进展稳定，进展一直很引人入胜，但我们非常害怕炒作。当这些东西每天都在报纸上出现时：“哦，又一台量子计算机，这个那个，这个那个被承诺了。”因为那样你就会开始承诺在有限时间内无法实现的事情，你知道。某个时候，公众会认为：“哦，他们只是在炒作，你知道，他们在告诉我们不真实的事情。”

我认为这非常危险，因为那样人们就会失去对科学家的信任。炒作——其是当公众认为你承诺了某些东西——这可能对科学非常危险，因为这些是你无法实现的期望。那样就非常糟糕了。

赛先生：关于量子计算总是存在着各种观点，无论是悲观的还是乐观的。但对于你们这些研究人员，你对自己必须做的事情有什么看法？当你进行研究时，会在意这些批评吗？

Peter Zoller：我们当然在意炒作，因为我们获得的资助，我们科学家的报酬，是由纳税人支付的。公众看到科学家在做量子计算，会非常兴奋：“哇，他们在建造量子计算机，太棒了！”但如果他们觉得正在发生的事情最终不是真的，或者只有在很长一段时间后才会实现，他们就会说：“哦，你们骗了我们，你们告诉我们一些错误的事情。”这非常危险。

我认为，对于所取得的巨大进步，我们应该非常诚实地表达我们的超级热情。确实取得了巨大的进步。但我们应该小心不要过度推销这些东西。你知道，只需要一个人过度推销，就会造成很大的损害。我想，这就是我们所有人非常担心的事情。

量子计算将推动基础问题的研究

基础科学变成了技术，技术又反过来作为工具推动基础科学，促成新的发现。

赛先生：你认为量子计算等应用是否还有空间来做一些关于基础的问题？

Peter Zoller：当然有。量子计算就是一个很好的例子。比如说，离子阱量子计算，最初人们一直在建造出色的原子钟。你可以在原子钟的基础上进行转换，所有这些东西可以建造一台量子计算机。

量子计算有朝一日可能会变成一种你可以买的技术产品，用来做计算。但同样的机器将作为新工具回归到基础物理，为你提供了一种新仪器。你基本上知道从原子钟开始，它变成了量子计算机，但量子计算机现在又是一个更好的原子钟。然后你制造出更好的原子钟，你就可能发现新的物理学，也许是新的基础物理学。

这说明：基础科学变成了技术，技术又反过来作为工具推动基础科学，促成新的发现。

从这个意义上说，我们今天拥有的所有这些技术发展，都正在或最终会回到基础科学中。历史上也有这样的例子，比如二战期间，微波技术是为雷达而开发的。在二战之后，这项新技术让兰姆得以测量出兰姆位移（Lamb shift），这在量子电动力学中是一个非常重要的基础效应。

因此又是一样的——技术开发出来了，然后变成工具，再回到物理中，引发新的发现。所以当你问：在量子技术的发展基础上，基础物理学是否会有进展或新的发现？我的答案是：是的，当然会。

赛先生：但也有人说，如果你想真正触及量子力学的基础问题，那么现在量子引力可能是一个更好的研究领域。

Peter Zoller：你提到量子引力，这是一个非常重要的例子。当然，量子引力这个目标还很遥远，因为相关物理量的数值非常微小。但同样清晰的是，即使只是研究经典引力，也还有许多问题使得讨论。现在人们正在构建量子传感网络，正是研究经典引力问题的一个例子——沿着这条路径，将会带来基础性进展。

赛先生：你刚刚提到上世纪九十年代是你的“黄金时代”。那么如果你现在还年轻，你会选择进入哪个领域？

Peter Zoller：如果你看了这次会议，会看到一个完整的学科横截面，非常多元化。我想我可能不是那种在哲学性基础问题上工作的研究者，但我一直非常喜欢那些可以动手做实验的方向—— 对我来说，从已有的东西出发去发展，无论是量子纠错或者那些可以揭示新物理的新型器件，比如量子传感器，我都觉得令人兴奋。所以我可能会进入这些方向。

但基本上，我只是告诉你我现在感兴趣的方向。如果我更年轻，我大概还是会做同样的事情。

理论物理学家的基础问题

作为一名理论物理学家，我确切地知道我应该计算什么。这些还有什么悬而未决的问题吗？我会说没有。

赛先生：关于量子力学的基础问题，在会议的第一天，我听到很多关于基础的不同讨论。不同的科学家是否对“基础”有不同的理解？对你来说，你的基础问题是什么？

Peter Zoller：我认为，在量子物理中我们确实面临一个根本性的困境。这个困境是这样的：一方面，按照我们学习量子物理的方式，以及我现在看到的所有实验，作为一名理论物理学家，我确切地知道我应该计算什么。这些还有什么悬而未决的问题吗？我会说没有。

很多所谓的“基础问题”其实更多是解释层面的问题，是关于量子力学解释和哲学意义的问题，更多是让你“晚上能睡得踏实一点”，因为现在对量子力学的很多表述是试图解决其内部的某些自洽性问题。

举个例子，当我们进行测量时，我们说“这是一个量子系统”，而“测量者是一个经典观测者”。但这个划分点在哪里？从逻辑上讲，所有东西都应该是量子系统，而不是一部分是经典，一部分是量子。对于目前人们所做的所有实验来说，这一点目前并不重要。但确实存在一个理论上的矛盾，我们的确应该努力解决这个问题。

但我目前认为，基于我们现在拥有的实验条件，我们无法解决其中一些根本性且重要的问题。所以，你知道，有基础问题，但量子力学的这些不同解释，它们无法被验证，因为当你将它们应用于实验时，它们会给出相同的结果。

所以从这个意义上说，现在哪个是正确的呢？那你就可以选择你最喜欢的一个，你知道，如果能找到一些可以在实验中验证的东西会非常有趣。但目前，其中许多东西无法被验证。

量子百年的未来期待

我认为，要让整个领域真正走下去，这将非常重要——不仅仅是说：我们造了一些伟大的东西，一台能工作的机器，而且要让它在社会和经济上产生实质性影响。

赛先生：量子力学已经发展了一百年。那么你对你所在领域的未来最期待的是什么？

Peter Zoller：我认为我们将会建立起具备容错能力的大规模量子计算机。这种量子计算机将会出现。

但我们必须要问自己的更重要的问题是：这些量子计算机会被用来做什么？从非常实用到可能更基础的方面，我们如何运用我们拥有的这些新工具。

赛先生：有一种说法，量子计算的三大里程碑是：第一步是造出它，第二步是实现“量子优势”，第三步是……

Peter Zoller：你听了周三早上Isaac Chuang（MIT教授，核磁共振量子计算领域的先驱之一）的报告吗？

赛先生：是的，那一场我去了。

Peter Zoller：我觉得那是一个非常好的报告。他在结尾时说了一句话：我们目前正在建造一台量子计算机，但我们还没有任何可以用量子计算机解决的、会对社会产生社会或经济影响的问题。

我们能用量子计算机解决的问题，往往是非常深奥难懂的，至少当前如此。这些问题你可以解决，但你为什么要关心呢？你能赚钱吗？你的祖母会想在生日时收到一台量子计算机吗？她会用它来干什么？

所以我认为，关键不仅仅是“建出来”，而是要知道我们可以用这个机器能够实现一些本质上全新的事情。目前只有非常有限的算法和应用可以真正让量子计算机发挥优势。

也许量子密码学和量子通信是最接近现实应用的方向。而大多数量子计算的应用，现在可能只是在某个边角领域有一点作用，但它还远未成为能解决社会重大问题的主流。这方面的工作非常重要，我们必须努力推进。

赛先生：现在有很多投资流向量子计算领域，很多公司也陆续成立。你怎么看待这种现象？

Peter Zoller：确实如此。我想说，如果你看看某些公司，尤其是那些资金雄厚的公司，它们确实在取得非常显著的进展。但你有没有想过，这些公司在建造量子计算机时，他们是出于什么目的？我的意思是，他们当然希望未来这种技术能有一些有趣的应用，但他们目前其实也并不确定会是什么。

其次，如果他们发布新闻稿，说：“我们正在建造一台量子计算机，而且，我们又是世界上最好的。”这是公共关系。

所以我认为，目前没有人可以说，自己创办的量子计算公司已经能卖出一款新产品了，而这款产品能够替代市场上某种已有的经典设备、经典计算机。不，并不是这样。人们之所以会购买量子计算机，是因为它能做到一些别的设备无法做到的事情。

而所谓“量子优势”这个说法，我认为其实问题就出在这个提法上。你是否为人们真正关心的问题找到了一个相关的量子优势，并让他们能够做根本性的新事情？而这部分，在某种程度上，仍然缺失。

赛先生：作为这个领域的研究人员，你会对自己刚才所说的感到失望吗？作为一个局外人，从媒体报道来看，量子计算似乎有一个美好的未来。

Peter Zoller：我自己是相信它（量子计算的未来），但我会更加谨慎。

如果你问大家：你为什么认为量子计算会对社会产生重大影响？当然，会有人提到军事用途。也有人会提到中美之间在这方面的竞争。但我总是这样说：对我来说，这有点像是两支登山队在攀登珠穆朗玛峰。他们看到“对面那支队伍在那里，我们必须加快速度”。但等你真的登顶时，你可能会问自己：“我为什么要爬这座山？我为什么要爬？”

所以我们必须为此努力。我认为，我们也确实可以找到这个问题的答案。但我们必须非常谨慎，不能随便向社会许诺一些东西，比如说：“你造一台量子计算机，就能为气候变化带来好处，你就能解决这个或那个问题。”很多这样的说法根本不真实。

有些事情，如果量子计算能实现，改变将是根本性的，但它要真正产生经济影响，我认为还需要一些时间，这项工作还得继续推进。这不是像公众想象得那样显而易见。公众会以为：只要你造出量子计算机，就能解决人类社会的所有问题。可事实并非如此，真的不是。我们要诚实一点。量子计算的确会带来某些变化，但但我们做出过于强烈的声明时应该非常小心。

赛先生：你接下来的研究计划是什么？

Peter Zoller：我现在是荣休教授了，因此我不被允许再拥有自己的研究小组，但我仍然在跟这里的一些年轻人以及研究小组合作，我非常喜欢这种方式。

我认为一个主要方向是，是要识别出那些问题——如果我们建造一台量子计算机，那么最终它将能在最广义的层面上为社会带来益处，解决那些我们用经典计算方法可能无法解决的重要问题。

当然，我们已经有一些例子，比如量子材料制造、药物研发，或者像我之前提到的，在基础科学中，量子计算机也将成为一种新的研究工具。

我认为我们已经有了一些答案，但我们必须比现在更加努力地去推进这些工作，并在这方面投入更多的关注和精力。

赛先生：谢谢。你还有什么要补充的吗？

Peter Zoller：

我想没有了。我对这个领域的发展非常着迷，也为我的许多朋友所取得的成果感到高兴。这次会议上的报告，真的是亮点纷呈。

参考资料：

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