中國式科研決策機(jī)制有什么優(yōu)勢？聽王建宇、李淼怎么說
?中山大學(xué)天文與空間科學(xué)研究院院長李淼表示：量子力學(xué)和佛學(xué)沒有任何關(guān)系。
導(dǎo)語：
3月18日下午，中國科學(xué)院上海分院副院長、量子衛(wèi)星總指揮王建宇做客文匯講堂，介紹“墨子號”的成功經(jīng)驗，解讀中國式科技創(chuàng)新。在對話環(huán)節(jié)，王建宇與中山大學(xué)天文與空間科學(xué)研究院院長李淼就“墨子號”、量子信息學(xué)研究、量子技術(shù)民用的可能性等問題精彩交鋒，為觀眾帶來了一場人文解讀科技前沿的學(xué)術(shù)盛會。
整理丨丁怡、袁圣艷、張師楷、李念
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?王建宇與李淼就量子力學(xué)、量子通信、量子計算等進(jìn)行深入交流
美國、歐共體某些項目的居前與喪失優(yōu)勢與科學(xué)決策機(jī)制有關(guān)
李淼：王院長的演講多次提到了中國當(dāng)前科研決策中的“國家行為”，它的優(yōu)勢非常有利于做像“墨子號”這樣先鋒式的探索和實(shí)驗，這一點(diǎn)我感同身受。第一顆先導(dǎo)衛(wèi)星“悟空號”，也得益于這種機(jī)制。華裔科學(xué)家丁肇中先生在美國主導(dǎo)探測暗物質(zhì)的AMS02實(shí)驗，但在今天的美國確實(shí)很難發(fā)射這樣一顆衛(wèi)星。特朗普近日已宣布要要削減衛(wèi)生、健康、科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域的經(jīng)費(fèi)。
在美國，通常是科學(xué)家提出計劃，然后層層上遞到國會和總統(tǒng)，或許還會遭遇政見不合的拉鋸戰(zhàn)，歐洲則需要整個歐共體來集體決策，執(zhí)行力就會大大下降。就我的研究領(lǐng)域，一年多前美國人探測到了引力波，這是在地面的實(shí)驗，他們想到太空去做實(shí)驗已經(jīng)申報了20年，在歐共體也是兩年前才剛剛通過。這說明中國在決策方面有一定的優(yōu)越性。
國家支持、開放政策、多元平臺確保了我們決策的先進(jìn)
王建宇：國家剛剛加大科研力度時，不少人抱怨我們的科技比較浮躁，西方國家如何鼓勵原創(chuàng)。通過“墨子號”工程，很多人改變了這種認(rèn)識。這幾年，中國的科技發(fā)展確實(shí)特別快。2000年以來，我參加的科學(xué)院院工作會上，以往達(dá)到一般國際先進(jìn)水平的項目就可以上會討論了，這兩年要看是否國際領(lǐng)先。
除了國家支持外，還得益于我們的開放政策，像李淼老師這樣的海歸都回來了，在國外單獨(dú)做和在國內(nèi)大家一起做還是不一樣，很多新的東西層出不窮，科技的合作優(yōu)越性又體現(xiàn)出來了。
另外，美國的審批制度中有時未必完全是科學(xué)性在起作用，夾雜著政治和利益斗爭，但在中國，至少從科學(xué)家到領(lǐng)導(dǎo)人，都是視該科研是否真正在國際前沿，能否真出結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)。
我很幸運(yùn)，2007年經(jīng)科學(xué)院院領(lǐng)導(dǎo)介紹認(rèn)識了潘院士，并開始合作。半年不到，科學(xué)院就啟動有史以來最大的一個項目來驗證此事的可行性，而且一下子就組織一個隊伍，這種速度和方法在國外是不太可能的。
在激光領(lǐng)域和半導(dǎo)體領(lǐng)域，中國從落后不多到喪失商機(jī)
李淼：中國科學(xué)和專家體量越來越大，要想在科學(xué)上引領(lǐng)，國家就必須選一些有可能突破的方向支持，“墨子號”是罕見的領(lǐng)跑的方向之一。這里也有一些歷史經(jīng)驗和教訓(xùn)。中國人在美國人之后一年做出激光器，后來沒有持續(xù)經(jīng)費(fèi)的支持，就喪失了科學(xué)和商業(yè)的先機(jī)；半導(dǎo)體，我們本來也不落后多少，但是沒有選擇性跟上，現(xiàn)在中國芯片60%是進(jìn)口。量子計算和量子通訊，現(xiàn)在盡管在實(shí)驗室階段，但如果有持續(xù)支持，直到突破實(shí)現(xiàn)民用，會為國家?guī)砭薮蟮母淖儭?/p>
目前做實(shí)驗的時間有限，地球同步衛(wèi)星是下一步目標(biāo)
李淼：我現(xiàn)在更多時間在做科學(xué)普及和科學(xué)傳播。請教王院長，“墨子號”在天上做實(shí)驗時，每次通訊可以持續(xù)多長時間？傳輸比特量多大？
王建宇：現(xiàn)在用的是太陽同步軌道衛(wèi)星，繞地球轉(zhuǎn)一圈大概100分鐘，每天一個地方只過兩次，白天一次，晚上一次。做通訊實(shí)驗有兩個條件，第一衛(wèi)星要看得到；第二背景不能太亮。因此，每個地面站一天最多做一次實(shí)驗，最長10分鐘左右，多的幾百秒，少則幾十秒，甚至十幾秒。多少比特量？原來設(shè)計指標(biāo)是要超過每秒1K，后來做得比較好，能達(dá)到每秒到十幾K，小規(guī)模的密鑰應(yīng)用已經(jīng)夠了。如果每年能產(chǎn)生1G的密鑰，就能滿足國家很多方面的需求了。
如何突破？需要設(shè)計一個中高軌衛(wèi)星，高度到36000公里，我們稱之為地球同步軌道衛(wèi)星。衛(wèi)星像燈一樣一直掛在空中，就可以隨時使用了。白天能否做？可以考慮用極窄光學(xué)濾波或者隔離技術(shù)，把光濾波器的帶寬做得極窄，就有可能。這兩個技術(shù)有待于今后幾年突破。
?2008年在青海湖外場試驗選點(diǎn)，與對面相距幾十公里的地點(diǎn)作對接，所有的實(shí)驗都是在半夜里操作。
四個基站三層目標(biāo)的不斷挑戰(zhàn)，完全領(lǐng)跑于國際
李淼：為什么要建四個基站（注：“墨子號”工程在地面有四個接收站）？
王建宇：有一個過程。2007年潘建偉院士設(shè)的目標(biāo)只是能做成世界第一個密鑰分發(fā)；2011年地面青海湖實(shí)驗做得很成功，科學(xué)家要求就提高了。他說，量子糾纏中“貝爾（Bell）不等式破缺”的驗證是全世界矚目的難點(diǎn)，我們能否放上去做？我說風(fēng)險非常大。他說作為拓展項目，言下之意就是失敗了也沒有關(guān)系，我就答應(yīng)了。過段時間他看做得很好又說，能否把隱形傳態(tài)也做進(jìn)去？這叫額外任務(wù)。科學(xué)院簽任務(wù)書，第一、第二項做到是完成任務(wù)，三項都完成就叫做圓滿完成任務(wù)。蒙上帝眷顧，我們都做成了。
密鑰是從天上往下發(fā)，要進(jìn)行量子為密鑰的通信演示，因此至少在地上放兩個站；第二個是我們怕實(shí)驗時間不夠——地面點(diǎn)時間會比較多，實(shí)驗機(jī)會就加強(qiáng)了。選擇西邊的三個站，就可以兩兩成對做糾纏實(shí)驗，這樣做糾纏分發(fā)就多一倍的機(jī)會，這是非常關(guān)鍵的。做糾纏天上要有兩個發(fā)射機(jī)，萬一有一個發(fā)射機(jī)不能正常工作，我們還能把一個測量端放在天上，單邊糾纏還能做成，這些都是為了提高可靠性。
“三只鞋上月球”的比喻來理解隱形態(tài)傳輸原理
李淼：我解釋一下量子不可克隆定理。
在經(jīng)典物理學(xué)中，東西都是可以克隆的，比如一張報紙，無論黑白、彩色都可以復(fù)印出來；這眼鏡挺好看的，在工廠里面可以“山寨”。這些都是經(jīng)典克隆，但量子不可克隆。在微觀世界，任何一個基本粒子在什么地方，有多大速度完全不確定。如果一個客體是不確定的，物理上證明不能克隆，那么技術(shù)上壓根是不可行的。
要想把光子偏振克隆到另外一個光子上是做不到的。打個比方，經(jīng)典世界左腳鞋永遠(yuǎn)是左腳，右腳永遠(yuǎn)是右腳的，量子鞋可能是左腳也可能是右腳，也可能來回變化，我就沒有辦法克隆，這也是量子克隆難以竊聽的最根本的原因。
把一個粒子比喻成鞋，我想把右腳皮鞋送到月亮上去，但量子不可克隆，怎么送？沒有辦法送不可克隆的東西。但是隱形態(tài)傳輸想了20多年，想出了一個非常絕妙的辦法。我先找一對量子皮鞋——一定是一只左一只右。我把其中一只送到月球上，我不知道左右，但是量子糾纏告訴我們一定是一只左一只右。而第三只皮鞋，是我本來想送上去的，我不送，因為我已經(jīng)送了一只皮鞋，一對量子皮鞋一只留在我手里，另外一只送到月球上，現(xiàn)在拿第三只皮鞋不管是左右，我想送到月球上，把第三只皮鞋跟我手里其中一只比較，全是右，顯然月球的是左腳，就讓月球的翻過來。如果第三只皮鞋是左腳，我手里面本來有一只，假定是右，一看肯定是一左一右，這個好理解，因為第三只鞋和留在手里的配對了，而月球上的那只本來也和留在手里的鞋配對。說起來很簡單，道理很深。
?李淼在著作《給孩子講量子力學(xué)》中，用漫畫對“左腳”、“右腳”比喻來理解隱形態(tài)傳輸原理
隱形態(tài)投入民用將實(shí)現(xiàn)了不起的破壞和恢復(fù)
王建宇：能否舉個例子，隱形傳態(tài)如何真正進(jìn)入應(yīng)用？
李淼：如果我想傳輸?shù)南到y(tǒng)是量子態(tài)的，比如量子態(tài)的我傳輸?shù)搅硪粋€地方，必須在這個地方把我破壞掉，把破壞掉的信息通過我剛才說的三只鞋的故事分發(fā)到另外一個地方去，另外一個地方可以把我的態(tài)或者我的人完全恢復(fù)。這告訴我們兩件事，量子態(tài)的我不可能拷貝成兩個李淼；如果想把我傳輸?shù)酵獾厝ィ仨毎驯镜乩铐禋绲?，第三個地方恢復(fù)。如果可以實(shí)現(xiàn)的話非常了不起。
量子計算機(jī)可能在50年左右實(shí)現(xiàn)
王建宇：一位資深專家說，量子計算機(jī)可能是明天做出來，也可能是一千年以后做出來，怎么理解？
李淼：算盤是經(jīng)典計算機(jī)，計算機(jī)是體量、容量放大的算盤，電路里面每個邏輯門開和關(guān)就是算盤里面的算盤珠。算盤珠只有兩個態(tài)，出現(xiàn)和不出現(xiàn)，而量子計算不是算盤珠了，它的不確定性原理決定了量子有無窮多個態(tài)，可出現(xiàn)也可不出現(xiàn)，概率就在0和1之間，累加后會有很多很多量子比特。如果把經(jīng)典計算比喻成走迷宮的一條道，那迷宮只有一條道走出去，量子計算是同時走所有的道，像1可出現(xiàn)也可不出現(xiàn)，也可同時出現(xiàn)，但是概率不一樣，你可同時走所有的可能性。以倒水為例，這杯水嘗試了所有道，量子計算就是倒一杯水的過程，肯定有一條效率最高的通道。
到底何時可以實(shí)現(xiàn)，最近我比較樂觀，要做量子計算要到微觀層面上實(shí)現(xiàn)量子態(tài)，而且保留足夠長的時間，把計算過程完成對科學(xué)家是最大的挑戰(zhàn)，有可能計算尚未完成，量子態(tài)就會破壞掉，現(xiàn)在用離子阱可讓量子態(tài)保留足夠長時間。我預(yù)測10年實(shí)現(xiàn)不了，應(yīng)該是50年之內(nèi)。
是否糾纏目前依然難以證明，但糾纏態(tài)的應(yīng)用已成熟
中國科學(xué)院上海分院在讀博士生林榕梅：怎樣判斷兩個物質(zhì)是否發(fā)生了量子糾纏？
王建宇：量子糾纏現(xiàn)象存在于微觀世界里面，物理學(xué)家經(jīng)常說因為存在于微觀世界，所以在宏觀世界里面看不到，可究竟微觀世界和宏觀世界分界線在哪里，目前為止在理論上中沒有一個物理學(xué)家能準(zhǔn)確回答出來這個問題。如何知道兩個任意量子之間究竟糾纏不糾纏？我們可以來測量。而在實(shí)際操作過程之中，更有意義的是我們可以想辦法產(chǎn)生出一對糾纏的量子態(tài)，再用這些糾纏態(tài)的量子解決我們實(shí)際過程中所需要解決的問題。比如量子定位中，如果用糾纏態(tài)測量時間，精度就會高于通常的辦法。
李淼：我認(rèn)為在原則上目前為止確實(shí)無法確定兩個量子是否糾纏，但是像王院長所說，即使不知道為何糾纏也可以設(shè)計產(chǎn)生糾纏對。每產(chǎn)生一對光子，我們就可以讓它們糾纏起來，在物理原理上就是產(chǎn)生一對球?qū)ΨQ的光子，讓它們一個自旋向上一個自旋向下。產(chǎn)生量子的過程可以比作我們生產(chǎn)鞋子時，不需要知道生產(chǎn)的到底是左腳還是右腳的鞋子，而只需要在工序上保證一直是左右腳的鞋子交替生產(chǎn)的就可以了。至于檢驗是否糾纏的辦法，就是貝爾不等式被破壞的實(shí)驗。
量子力學(xué)和佛學(xué)沒有任何關(guān)系
康華互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院醫(yī)生陳文普：有人說現(xiàn)在的量子理論和古代中國講的陰陽、風(fēng)水、易經(jīng)等觀點(diǎn)有相似之處。而現(xiàn)在也有很多人宣稱要將量子理論應(yīng)用到了生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，是否可信？
李淼：王院長演講中已明確了，目前并不存在所謂的量子醫(yī)學(xué)、量子生物學(xué)等方面的學(xué)科研究。醫(yī)學(xué)是一門經(jīng)驗科學(xué)，是一個系統(tǒng)學(xué)。中醫(yī)一定要和量子力學(xué)扯上關(guān)系，我認(rèn)為在邏輯上并不成立。至于量子理論和傳統(tǒng)中國文化之間的關(guān)系，我已經(jīng)應(yīng)“文匯筆會”之邀，寫了一篇量子力學(xué)和佛教之間的關(guān)系的文章，具體內(nèi)容不久會呈現(xiàn)，觀點(diǎn)是量子力學(xué)和佛學(xué)沒有任何關(guān)系。
量子力學(xué)并非顛覆牛頓力學(xué)，而是擴(kuò)大了物理包容范圍
華東理工大學(xué)碩一學(xué)生侯志偉：量子力學(xué)提出以后，很多人都認(rèn)為是打開了一個“潘多拉魔盒”。我想請問量子力學(xué)理論是否對微積分學(xué)，經(jīng)典物理學(xué)構(gòu)成了顛覆性的威脅？
王建宇：我覺得量子力學(xué)的出現(xiàn)并沒有否定牛頓力學(xué)，它們產(chǎn)生沖突的原因只是因為理論覆蓋的范圍不太一樣。可以說量子力學(xué)是比牛頓力學(xué)在更大程度上包含了物理現(xiàn)象，也許以后又會出來一個理論把量子力學(xué)包含進(jìn)去，這就是科學(xué)發(fā)展的一個過程。但我們并不能因為量子力學(xué)的出現(xiàn)而說牛頓力學(xué)是錯的，它對宏觀世界的描述依然是正確的。比如航天工程領(lǐng)域，在計算軌道運(yùn)行時我們就會用到牛頓力學(xué)的知識。
李淼：我也覺得量子力學(xué)的出現(xiàn)并不意味著對經(jīng)典理論有顛覆性威脅，從實(shí)際運(yùn)用的角度來說，量子力學(xué)應(yīng)用到的幾大領(lǐng)域，比如激光發(fā)射器、半導(dǎo)體、核磁共振等技術(shù)，都是量子力學(xué)和其他諸如微積分、牛頓力學(xué)等理論融合起來才生產(chǎn)出來的產(chǎn)品，它們可以互相合作。缺了任何一種學(xué)說，我們今天都不會享受到這么先進(jìn)豐富的科技成果。
真正一流的科研人才，核心的工作支撐在中國國內(nèi)
美國密歇根州某大學(xué)員工鄭康妮：目前中國國內(nèi)的制度相對比較優(yōu)化，有何措施能夠吸引更多國外的科技人才回國工作，避免人才的流失和浪費(fèi)？
王建宇：我認(rèn)為從某種意義上來說，現(xiàn)在應(yīng)該是“回收”送到國際上的中國人才的時候了。國家已出臺了許多政策，如“百人計劃”、“千人計劃”、“萬人計劃”等，都是為了吸引國外的學(xué)者回到國內(nèi)發(fā)展。當(dāng)然也要預(yù)防因為看到經(jīng)費(fèi)豐厚而回國的投機(jī)。
我很多同學(xué)都曾在或在國外學(xué)習(xí)生活，李淼老師應(yīng)該也深有體會。一方面，在前期，你的科研工作會進(jìn)展順利，生活優(yōu)越，但一定階段便會遭遇門檻，受到許多質(zhì)疑，很難進(jìn)入核心部門，除非非常拔尖。像潘建偉這樣頂尖的科學(xué)家，真正要做出讓全世界轟動的科研成果，一定要回到國內(nèi)才可行，因為這樣強(qiáng)度的重大支持在國外是很難得到的；另一方面，目前祖國的大門向海歸敞開，部分科研工作者如果暫時不能全職回來的話，或者配偶、子女還愿意在國外，國家也有很多非常靈活的政策。
李淼：“青年千人計劃”中提及一些政策非常吸引人。不過有一個問題，不屬于該計劃范圍內(nèi)的海歸，國家應(yīng)該考慮出臺新的政策。
科研的動力在于應(yīng)用，量子通信投入民用并不遙遠(yuǎn)
華東師范大學(xué)哲學(xué)教師佟珊：在人類發(fā)展的過程當(dāng)中，一種是統(tǒng)治秩序，一種是目標(biāo)秩序，我比較擔(dān)心的是墨子號或者量子力學(xué)的未來發(fā)展，會否造成馬爾庫塞說的“單向度的人”，因為民眾本身不太了解技術(shù)在未來對個體幸福走向的影響？
王建宇：科學(xué)研究最早起源于人類對自然的好奇。社會發(fā)展到現(xiàn)在，如果回望人類對自然的認(rèn)識，可以發(fā)現(xiàn)仍然只是很小的一部分。這也是目前科學(xué)工作中花時間花財力和精力去做研究的一大動力。如果科研成果一直是無用的狀態(tài)，這個研究也不會長久持續(xù)。正如《科學(xué)美國人》雜志對創(chuàng)新的評論：最偉大的創(chuàng)意往往也伴隨著最高的風(fēng)險，但一個創(chuàng)意從引人發(fā)笑到變成大勢所趨，往往用不了多長時間，而其中有一些，顯然會帶來變革。如今過了七八年，中國的產(chǎn)業(yè)界已經(jīng)看到了量子力學(xué)發(fā)展的契機(jī)，一切都比預(yù)料的來得快。
當(dāng)然，目前中國大多數(shù)人對量子通信還不太了解。國內(nèi)也需要像像李淼老師這樣的學(xué)者進(jìn)行科普宣傳，讓大眾了解量子力學(xué)究竟是什么，這也會推動科技的發(fā)展。
我認(rèn)為量子進(jìn)入到個人使用層面的時間可能也不會很遙遠(yuǎn)，到某一天，可能每個pos機(jī)都會產(chǎn)生量子密碼，這個密碼甚至你自己都不知道，也就不會存在各種盜刷事件了。
解決科學(xué)帶來的“人的單向度”異化，仍需要科學(xué)
李淼：回望過去兩百多年的工業(yè)化歷程，我們一直在擔(dān)心，人是否會被科技成就和工業(yè)革命帶來的成果所異化？的確科技發(fā)展帶來許多現(xiàn)代病，人可能真的會被科技所塑造。
但是，我個人覺得解鈴還需系鈴人，要改變科學(xué)帶來的異化實(shí)際仍需要科學(xué)。舉個例子，回國后我很少開車，一定程度上有所不便。但是共享經(jīng)濟(jì)又把我們解放出來。人的選擇從最初的單一變成多元化，就變得更自由了。
對于科技的未來，我個人非常樂觀。隨著技術(shù)的日益發(fā)展，個人可以節(jié)省大量時間去喝咖啡、聊天、娛樂。別人可以幫我做事，我也可以幫別人做事，但是我的工作效率提高了，人實(shí)際得到了很大的解放。如果量子計算可以實(shí)現(xiàn)，解放度更大了，可能工作一個小時就夠了。當(dāng)然這也會帶來一些其他社會問題，今天暫且不談。
新的城市化、科技革命帶來的新問題，但是我相信社會和科技生活會最終會解決它們。
注：本文經(jīng)許可轉(zhuǎn)載自“文匯講堂”。
制版編輯：李 赫丨
