潘建偉“漫話量子” | 量子年夜飯（一）
導(dǎo)語：
過去的2016你是否被各種“黑科技”閃得眼花繚亂呢？眾星閃爍中，量子通訊衛(wèi)星的尤出光彩，8月16日“墨子號(hào)”量子星在九泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射升空更是引人矚目。在12月24日墨子沙龍·量子星大會(huì)上，中國科學(xué)院院士潘建偉為大家講述了他們這一年來做的事，和量子星發(fā)射背后的故事。
演講 | 潘建偉（中國科學(xué)院院士）
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“星”光熠熠
非常高興今天能夠有機(jī)會(huì)給大家介紹我們的一些工作，我今天報(bào)告的題目就叫做“漫話量子”，在今年新年來臨之際，我覺得我們有必要給公眾介紹一下我們這一年來做的一點(diǎn)事情。今年的8月16日“墨子號(hào)”量子星在九泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射升空，這是當(dāng)時(shí)發(fā)射時(shí)候的一個(gè)影像。
這是當(dāng)時(shí)發(fā)射的時(shí)候，現(xiàn)在看起來很輕松，當(dāng)時(shí)在發(fā)射前面30秒，其實(shí)我自己也是雙掌合十，盡管沒念阿彌陀佛，但是也是在說老天保佑，希望我們的衛(wèi)星能夠成功地送入太空。8月16日之后，可能大家沒有特別注意，9月15日，在九泉衛(wèi)星發(fā)射中心“天宮二號(hào)”又成功發(fā)射了，這是在發(fā)射的當(dāng)時(shí)我們自己拍的視頻。
“天宮二號(hào)”也搭載了我們空地量子密鑰分配裝置，大家看到月亮，我們拍下來的地球畫面，看起來就像太空當(dāng)中又多了一顆明月。大家可能會(huì)覺得比較奇怪，為什么我們?cè)谝粋€(gè)月里面連續(xù)發(fā)射了兩個(gè)和量子相關(guān)的載荷火箭，發(fā)射之后又出現(xiàn)了一個(gè)什么樣的情景？
我們當(dāng)時(shí)就想看看有沒有相關(guān)的報(bào)道，于是做了一個(gè)簡(jiǎn)單的收集，墨子號(hào)衛(wèi)星發(fā)射之后，不僅受到了國內(nèi)廣泛的關(guān)注，還受到了國際上廣泛的關(guān)注。比如說美國的《紐約時(shí)報(bào)》，英國的《新科學(xué)家》，英國的《BBC》，還有《金融時(shí)報(bào)》等等，基本上國際上比較有影響的媒體，都對(duì)我們中國成功發(fā)射的量子衛(wèi)星做了一個(gè)報(bào)道。今年年底，英國的《自然雜志》點(diǎn)評(píng)2016年度國際的重大科學(xué)事件，量子星發(fā)射這一成果和今年引力波的發(fā)現(xiàn)等重大科技成果一起入選了。隨后幾乎同時(shí)，科學(xué)美國人也評(píng)選了2016年度的改變世界的十大技術(shù)。我仔細(xì)看了一下，只有量子星的技術(shù)是來自于美國本土之外的創(chuàng)新性的科技成果。
“星”火相傳
其實(shí)這個(gè)量子衛(wèi)星的發(fā)射它是有一個(gè)標(biāo)志性的意義，我稍后會(huì)講到，我們一個(gè)夢(mèng)想希望能夠讓我們中國重新回到科技創(chuàng)新一個(gè)國際的頂峰上面去。
我們當(dāng)時(shí)選“墨子號(hào)”的原因，主要是因?yàn)槟邮俏覀儦v史上的第一位科圣。墨子他是生活在公元2400年前，他有些觀點(diǎn)，其中之一就是“平等、博愛、反對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)”，所以他的一個(gè)觀點(diǎn)是“兼愛、非攻”。當(dāng)時(shí)非常有意思的，他在《墨經(jīng)》里面專門提到了“端，體之無序而最前者也”，端是什么意思呢？就是小顆粒，這個(gè)小顆粒實(shí)際上是組成所有物質(zhì)的最基本的單位，從這個(gè)含義上里講，墨子是在國際上所有的科學(xué)家里面最早提出原子概念的雛形。
與他同期的希臘的科學(xué)家、哲學(xué)家德謨克利特也提出了相同的觀點(diǎn)，另外他在《墨經(jīng)》里面提到“止，以久也，無久之不止”，這句話什么意思呢？就是要讓一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)能夠停止，它是需要有阻力的?！盁o久之不止”，久就是力的意思。為什么一個(gè)一個(gè)物體會(huì)停下來呢？主要因?yàn)槭艿搅Φ淖饔?，如果說沒有阻力的話，一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)是永遠(yuǎn)不會(huì)停止的。這就跟我們?cè)诟咧袑W(xué)到的牛頓的慣性定律是完全一樣的。
當(dāng)時(shí)與他同時(shí)期的一個(gè)非常有名的哲學(xué)家叫亞里士多德，他當(dāng)時(shí)卻說，如果一個(gè)物體沒有力的作用的話它就會(huì)停下來。2000年之后，牛頓才提出慣性定律精確的表達(dá)形式，如果物體在沒有受到外力的作用下，它是可以一直地運(yùn)動(dòng)下去的。墨子在2000多年之前，我們中國就已經(jīng)有一位偉大的科學(xué)家了，在物理學(xué)方面提出了非?；镜母拍?。
我們經(jīng)常有一種想法，中國人是不是不適合來做科學(xué)。我們當(dāng)時(shí)取這個(gè)“墨子星”的原因就是想告訴大家，我們中國人不僅其他事情可以做得很好，我們的科學(xué)也可以做得很好。
另外，墨子還有一個(gè)很重要的工作，是跟我們“量子星”的工作是緊密聯(lián)系在一起的?，F(xiàn)在我們都知道光線是沿著直線傳播，但是在古時(shí)候這個(gè)事情是非常不清楚的，怎么通過一個(gè)實(shí)驗(yàn)來證明光是沿著直線傳播的呢？墨子在2000多年之前，他搞了一個(gè)小孔成像實(shí)驗(yàn)。他說站在門外面，挖一個(gè)小孔，里面有個(gè)墻，結(jié)果里面墻上的影子是倒過來的，我們就知道光只有沿著直線傳播才會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象。如果光不是沿著直線傳播的話，我們“墨子星”后面所講到的很多事情都做不成，所以我們把這顆世界上的首顆“量子星”取名為“墨子號(hào)”，一方面是為了紀(jì)念它在我們中國科學(xué)方面所取得的一些重大的進(jìn)步，同時(shí)也為了紀(jì)念它在我們光學(xué)方面取得的一些成就。
其實(shí)“量子星”有一個(gè)非常有意思的，代表性的意義。就正如今年年底，《華爾街日?qǐng)?bào)》發(fā)表了一篇文章，它說在沉寂了1000年之后，中國發(fā)誓要回到發(fā)明創(chuàng)新之巔。這個(gè)時(shí)候我們覺得“墨子號(hào)”本身發(fā)射之后，確實(shí)在社會(huì)的反響上取得了一些良好的反響，這么一顆有影響的衛(wèi)星它到底是什么東西呢？為什么會(huì)引起如此廣泛的國際關(guān)注呢？我想在下面簡(jiǎn)要地介紹一下量子的基本概念。
淺談量子
什么是量子？
其實(shí)量子非常簡(jiǎn)單，比如說我有一杯水，然后把水進(jìn)行細(xì)分、細(xì)分之后，你用放大鏡一看，最后是由一顆顆小顆粒組成的，我們就把它叫做水分子，那是水最小的顆粒了。又比如鐵，你把鐵切開，最后就變成一個(gè)個(gè)鐵原子了。光也是這樣，光從激光筆里射出，你把它細(xì)分之后，它也由很多小顆粒組成，比如一個(gè)15瓦的電燈泡，它大概每秒會(huì)發(fā)射出10的18次方的小顆粒，我們把這些小顆粒就叫做光子，所有的構(gòu)成物質(zhì)世界的最基本單元就叫做量子。
所以量子其實(shí)很簡(jiǎn)單，我們每天都大把大把的吃進(jìn)量子，每天光照過來，好多光子打到你身上，那是無窮多的。對(duì)這些小顆粒它是也不能再分割了，不存在二分之一的水分子，二分之一的光子，二分之一的鐵原子，因?yàn)樗菢?gòu)成物質(zhì)的最基本的單元，這就是量子。
量子在哪兒？
量子它有一個(gè)非常奇怪的特征，我們?cè)凇段饔斡洝防锎蠹铱赡芸吹竭^，孫悟空的毫毛，一抓，一吹，孫悟空可以在不同的地方出現(xiàn)，實(shí)際上在量子世界也有這樣的概念，但是我們?nèi)粘Ｉ钪惺菑膩頉]有遇到過的。
比如說，經(jīng)典世界里面有一個(gè)人，他要么在這里，要么就在那里，也就是說我在上海就不可能在北京，我在北京就不可能在上海，所以在某一個(gè)時(shí)間里面我只能在某一個(gè)地方。量子世界非常有意思，在某些特定的情況下，如果說整個(gè)宇宙當(dāng)中沒有一個(gè)人，沒有一臺(tái)儀器知道你在哪里的時(shí)候，你就可以在所有的地方。這是什么意思呢？我在這里舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子。
比如說我去出差了，從法蘭克福飛回上海，路上因?yàn)槲姨哿?，我在飛機(jī)上睡著了，我沒在看我是（途經(jīng)）哪個(gè)地方過來的。到了上海之后，我的同事陳宇翱到機(jī)場(chǎng)接我了，他說潘老師你這次是從哪邊過來的？從法蘭克福到上海有兩條航線，途徑莫斯科或新加坡。莫斯科已經(jīng)下大雪了，新加坡是非常炎熱的，所以我到了上海之后感到又冷又熱。陳宇翱說你肯定是太累了發(fā)生錯(cuò)覺了，下次你坐飛機(jī)不要睡覺（看下到底從哪邊過來的）。
我坐了一萬次飛機(jī)，每次從法蘭克?；貋淼缴虾＃铱偸潜牬笱劬υ诳次沂菑哪臈l路上回來的，結(jié)果我在看的時(shí)候我發(fā)現(xiàn)，要么我是非常熱，要么我就感到非常地寒冷，我總是從某一邊過來的，這樣看我很放心了，我以后坐飛機(jī)我又睡覺了，結(jié)果我每次到達(dá)上海之后醒來，感到又冷又熱。當(dāng)然大家說你這個(gè)東西都是胡說，因?yàn)槲易撕枚啻物w機(jī)，我也經(jīng)常睡覺，但是我從來沒有感覺到這樣的現(xiàn)象。
（從量子物理的角度解釋）主要是因?yàn)檫@樣的，你睡覺了，你旁邊的人是醒著的，你旁邊的人睡覺了，飛行員還醒著，飛行員睡著了下面的雷達(dá)還在看，那么只有到什么情況下才有這感覺呢？就是我們?cè)谡麄€(gè)宇宙中沒有任何一臺(tái)儀器能夠告訴你，你是在哪個(gè)地方的時(shí)候，就會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象。
這種東西在微觀世界是經(jīng)常會(huì)發(fā)生的，因?yàn)楹暧^世界里，你在動(dòng)的時(shí)候，周圍有好多東西在探測(cè)你的軌跡，但到微觀是一個(gè)原子在動(dòng)的時(shí)候，周圍都是真空，就沒有東西來測(cè)量你處于什么狀態(tài)了，這個(gè)時(shí)候它就會(huì)出現(xiàn)在任何一個(gè)地方。這個(gè)分析在微觀世界里面是成立的，在無數(shù)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)這個(gè)東西了。
一切注定？
這里告訴我們一個(gè)道理，就是量子客體的狀態(tài)是會(huì)被我們的測(cè)量影響的，也就是說你決定是不是睜開眼睛去看一下，就會(huì)影響飛機(jī)這么大一個(gè)客體，到底是同時(shí)處于兩個(gè)地方，還是只在某個(gè)地方。也就是說你這輕輕的睜一下眼睛去看，這個(gè)世界就發(fā)生變化了。
如果你仔細(xì)地再去想一想，其實(shí)這個(gè)道理是很深刻的，因?yàn)樵谧母魑豢赡艽蠖鄶?shù)在高中里面是學(xué)過牛頓力學(xué)的。有個(gè)定理F=MA，知道這個(gè)定理之后，粒子什么時(shí)候會(huì)運(yùn)動(dòng)到什么地方，什么時(shí)候會(huì)碰到什么地方，什么時(shí)候轉(zhuǎn)回來都是可以算出來的，甚至連行星的軌道都是可以由我們凡人把它給計(jì)算出來的，所以牛頓力學(xué)告訴我們，一旦一個(gè)物體的初始狀態(tài)確定了，根據(jù)牛頓力學(xué)，所有粒子的未來運(yùn)動(dòng)狀態(tài)都是可以精確預(yù)言的。也就是說在座的各位，我們今天這里開會(huì)，我們什么時(shí)候死，誰會(huì)成為教授，誰會(huì)成為總統(tǒng)，其實(shí)不是跟我們個(gè)人奮斗相關(guān)聯(lián)的，因?yàn)槔咸煸缇鸵呀?jīng)決定好了，這是牛頓力學(xué)告訴我們的結(jié)論。
小量子，大作為
看到的是你，改變的是你
牛頓力學(xué)一方面讓我們非常有雄心，我們凡人都可以預(yù)言神圣的星星的軌道，但是又告訴我們，我們?nèi)耸撬廾?，奮斗是毫無意義的。但是量子力學(xué)卻告訴我們，當(dāng)你決定睜開眼睛看一看這個(gè)世界的時(shí)候，這個(gè)世界已經(jīng)被你影響，發(fā)生了跟原來完全不同的變化了，從這個(gè)角度上講，它的哲學(xué)是非常積極的。
什么是量子糾纏？
量子力學(xué)還有一個(gè)非常積極的地方，是跟我們一個(gè)息息相關(guān)的目標(biāo)聯(lián)系在一起的。在這之前，我想進(jìn)一步介紹一下它的另一個(gè)物理實(shí)現(xiàn)。
前面我只是講了量子力學(xué)的基本原理，量子是最小的顆粒，如果你不再看它的時(shí)候，它可以在任何一個(gè)地方。在具體的實(shí)現(xiàn)上來講，把這個(gè)小小的體系用到信息系統(tǒng)里面去的時(shí)候，就可以來考慮一個(gè)非常簡(jiǎn)單的問題。比如說一只貓，在日常的設(shè)備中，它能處在死和活兩個(gè)狀態(tài)，但是在量子世界里，它可以處于死和活兩個(gè)狀態(tài)的相干疊加，死和活這兩個(gè)狀態(tài)如果代表0和1，這兩個(gè)死和活可以變來變?nèi)?，就意味著信息的單元是可以處理，可以發(fā)生變化的。
到了量子世界里，因?yàn)樗梢蕴幱谶@種0和1狀態(tài)的相關(guān)疊加，剛才的分析已經(jīng)告訴我們了，因?yàn)榱孔盈B加，如果你去看它一下這個(gè)狀態(tài)有影響，所以這個(gè)狀態(tài)是永遠(yuǎn)測(cè)不準(zhǔn)的，測(cè)不準(zhǔn)之后它就不能被精確地復(fù)制。
當(dāng)我們把這樣一個(gè)單粒子的體系拓展到兩粒子體系的時(shí)候，一種更奇怪的現(xiàn)象就發(fā)生了，我們把它叫做量子糾纏。
一只貓可以處于死和活狀態(tài)的相關(guān)疊加，如果有兩只貓的話，是不是可以處于這樣一種活活和死死狀態(tài)的疊加呢？量子力學(xué)是允許的，這種狀態(tài)是什么意思呢？
比如今年圣誕節(jié)，我給在座的各位一個(gè)禮物——糾纏骰子，你拿回家之后去扔這個(gè)骰子，扔好多遍，你會(huì)隨機(jī)地得到一串結(jié)果。然后我打電話給你，我可以猜到你的第一次結(jié)果是什么，第二次結(jié)果是什么，第三次結(jié)果是什么，為什么呢？因?yàn)檫@兩個(gè)骰子是糾纏在一起的，你扔出3的話，我這里也是3，你那里是2，我這里也是2。
一旦處于糾纏的兩個(gè)客體，不管它們相距多么遙遠(yuǎn)，其中一個(gè)狀態(tài)發(fā)生變化，另外一個(gè)狀態(tài)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，我們把這種東西就叫做“遙遠(yuǎn)地點(diǎn)之間的詭異互動(dòng)”。
一直以來，我們?nèi)祟愑幸恍┨貏e感興趣的問題，比如我們從哪里來，我們會(huì)到哪里去，有了量子力學(xué)基本的概念之后，我們對(duì)這個(gè)問題就能夠做出回答，而這是牛頓力學(xué)所不能回答的。為什么牛頓晚年信仰宗教，因?yàn)樗睦碚撃軌蚪忉屲壍罏槭裁催@么轉(zhuǎn)，周期是多少，但他解釋不了為什么這個(gè)宇宙本來會(huì)動(dòng)起來，為什么星星會(huì)開始運(yùn)動(dòng)起來，所以他假定上帝有一個(gè)推動(dòng)，在他的理論里面時(shí)間是均勻流逝的，也就是無窮無盡的，一直會(huì)這樣流逝下去。在他的理論里面空間也是無限大的，是均勻的。
量子帶我們溯源
但是到了量子力學(xué)之后，我們把量子力學(xué)和相對(duì)論結(jié)合在一起的時(shí)候，我們就可以來建立一種理論，叫大爆炸理論，這個(gè)大爆炸理論就告訴我們，在15億年之前宇宙是誕生于一個(gè)基點(diǎn)的爆炸，那么這個(gè)爆炸怎么產(chǎn)生呢？
就是由于量子漲落產(chǎn)生的，大爆炸幾分鐘之后我們才會(huì)有氫、氘、氦元素的形成，因?yàn)樵瓉淼臅r(shí)候溫度太高，所以只有質(zhì)子、中子、光子、電子，溫度是幾億度。30萬年之后，我們才有原子形成，億年之后才會(huì)形成恒星，其實(shí)這個(gè)宇宙經(jīng)過相當(dāng)于100億年的懷孕之后，我們的太陽系才正式誕生了。太陽系形成之后，地球各種行星慢慢就形成了穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，然后經(jīng)過幾萬年，多少億年的進(jìn)化，慢慢我們由普通的生物進(jìn)化為現(xiàn)在的人。
引力波的預(yù)言證實(shí)之后，《紐約客》報(bào)道的文章說：其實(shí)“十幾億年前，兩個(gè)黑洞發(fā)生了碰撞，釋放出引力波。大概在五萬年前，引力波到達(dá)了我們的銀河系，這個(gè)時(shí)候我們的智人開始取代其近親尼安德特人，成為地球上最主要的人猿。
100年前，愛因斯坦，靈長類物種中進(jìn)化的最先進(jìn)的人類的一員，預(yù)言了引力波的存在”。那么再經(jīng)過100年，到2016年，我們終于探測(cè)到了引力波的存在。我想說，因?yàn)榻茖W(xué)的發(fā)展，才能夠讓我們回答宇宙是怎么起源的，怎么演化這樣的問題。
從這個(gè)地方我們可以看到一種現(xiàn)象，就是宇宙當(dāng)中把這個(gè)生命給進(jìn)化出來是需要非常長的時(shí)間，宇宙到底有多大呢？我們可以統(tǒng)計(jì)一下，在我們銀河系里面有數(shù)千億顆恒星，在我們的可見宇宙里面，又有數(shù)千億個(gè)銀河系，如果我們的生命在整個(gè)宇宙中是唯一的，因?yàn)檫@種進(jìn)化出來的概率是非常小的，那么我們今天坐在一起交流思想是有一種很大的緣分。
有一個(gè)非常有名的科學(xué)家惠勒，2001年，我在普林斯頓參加他90歲的生日，他送了我一本書，在這本書里面他專門畫了這個(gè)圖。他說這個(gè)宇宙太奇怪了，宇宙本來是沒有生命的，然后慢慢地進(jìn)化出來一只眼睛就是我們?nèi)?，可以回過來看看這個(gè)母親到底是什么樣的。這就是我們整個(gè)宇宙的一個(gè)進(jìn)化史，非常有意思。
但是到底為什么我們?nèi)藭?huì)有意識(shí)，為什么會(huì)有這些東西？我們到目前為止其實(shí)還是不清楚的。我們還需要對(duì)這個(gè)東西做進(jìn)一步的研究。正因?yàn)閷?duì)量子力學(xué)這些非常基礎(chǔ)的研究，我們能夠來回答這個(gè)宇宙是怎么誕生的，怎么進(jìn)化的，對(duì)這個(gè)看起來和跟我們的生活沒有直接關(guān)系的東西進(jìn)行研究，可以給我們的生活帶來巨大的變化。
量子新領(lǐng)域
量子信息
當(dāng)你把這樣一種量子兩個(gè)狀態(tài)編碼信息的時(shí)候，一個(gè)新的學(xué)科就誕生了，叫做量子信息。它可以用來做安全的量子通信，可以來做超高速的量子計(jì)算與模擬，也可以來做高度精密的量子精密測(cè)量。這里面都是我們這個(gè)領(lǐng)域的相關(guān)的先驅(qū)。
其實(shí)第一個(gè)就非常有意思，利用單光子，因?yàn)椴辉倏梢苑指盍?，我們也不能再進(jìn)行測(cè)量，所以張三給李四發(fā)密鑰，如果中間有個(gè)竊聽者，因?yàn)樗荒芊指?，他不能把信息拿走一半，他也不能拍個(gè)照，因?yàn)榕恼諏?duì)狀態(tài)有影響。
以這樣的方式，張三和李四之間就可以產(chǎn)生一種原理上無條件的安全通信方式，這種通信方式一旦有竊聽就會(huì)被發(fā)現(xiàn)，而且以這樣的形式產(chǎn)生的密鑰是不可破解的，這是它的第一個(gè)比較有趣的應(yīng)用。
“任意門”
另外一個(gè)應(yīng)用有點(diǎn)像《西游記》里孫悟空的筋斗云。比如說我要從北京來到上海，這里面因?yàn)闀r(shí)間的關(guān)系，我坐飛機(jī)過來肯定來不及了，但是按照這個(gè)量子力學(xué)的原理，如果說北京和上海之間有這么一團(tuán)糾纏物質(zhì)的話，我可以把我和這一團(tuán)北京的糾纏物質(zhì)做一個(gè)測(cè)量，測(cè)量完之后就變成一堆原始的物質(zhì)了，比如說一堆水分子等等，這樣我會(huì)得到一組數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)代表好多信息，我把這個(gè)信息通過無線電臺(tái)發(fā)到上海，在上海的實(shí)驗(yàn)艙里對(duì)我進(jìn)行操作，就可以把我在上海一模一樣地重構(gòu)出來，這個(gè)東西大家覺得這怎么可能呢？那不是復(fù)制了嘛。
但這不是一個(gè)復(fù)制品，因?yàn)槲以谏虾Ｗ霾僮鞯臅r(shí)候，北京的潘建偉還原為原始物質(zhì)，沒有關(guān)于我的任何信息，所以能夠逃脫量子力學(xué)不可測(cè)量定理的限制，在這邊重新重構(gòu)出來（我），重構(gòu)出來這個(gè)潘建偉和這邊這個(gè)潘建偉所有的信息和性質(zhì)是一模一樣的，至少目前看來量子力學(xué)的原理就是這樣的。
但是這個(gè)東西要做成可能還需要很多年，幾百年甚至更多年，但至少物理上允許這么做。當(dāng)然量子還有一個(gè)非常美妙的地方，因?yàn)檫@邊這個(gè)潘建偉不是我這邊的一個(gè)復(fù)制品，因?yàn)槿绻f我能夠復(fù)制兩份的話，那我兒子就麻煩了，他不知道叫誰是爹了。他為了能夠把這邊傳過去的前提就是這邊的潘建偉要被摧毀，所以我們?cè)谟钪娈?dāng)中是獨(dú)一無二的。
量子計(jì)算
另外他還可以來做一些非常有趣的事情，比如超強(qiáng)能力的量子計(jì)算。前幾天學(xué)術(shù)界有人已經(jīng)報(bào)道了一些結(jié)果，目前已經(jīng)有些系統(tǒng)里面能夠?qū)?00個(gè)粒子左右進(jìn)行相干操作了，如果說我們能夠把這樣一種計(jì)算能力利用起來，那么它相當(dāng)于對(duì)2的100次方的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。
我們現(xiàn)在把全世界所有的計(jì)算機(jī)、手機(jī)的計(jì)算能力加起來，這個(gè)計(jì)算能力是多少呢？大概是2的80次方。也就是我們?cè)谝粋€(gè)小小的實(shí)驗(yàn)室里面做出來的小小的機(jī)器，它的計(jì)算能力是我們100萬個(gè)地球的計(jì)算能力都不能達(dá)到的。如果這種技術(shù)走向?qū)嵱?，它將是非常?qiáng)大的，這種能力如果分給每個(gè)人的話，我們每個(gè)人計(jì)算能力上的財(cái)富，都是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過世界首富的。
這里，我愿意引用一下今年麻省理工學(xué)院的技術(shù)評(píng)論中的一段話，他說當(dāng)量子計(jì)算機(jī)發(fā)展到50個(gè)量子位的時(shí)候，就能實(shí)現(xiàn)“量子稱霸（quantum supremacy）”，計(jì)算能力超過世界上任何傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，解決任何傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)解決不了的問題。盡管哪天發(fā)生我還不知道，應(yīng)該不會(huì)太遙遠(yuǎn)。現(xiàn)在像Google、微軟、IBM，包括我們中國在座的很多人，都在開展這方面的相關(guān)工作。
精確定位
它還有一個(gè)應(yīng)用，可以用于我們的精密測(cè)量，因?yàn)槲覀兊腉PS導(dǎo)航，全球定位很多都需要用到這個(gè)。利用這種量子精密測(cè)量的手段，我們可以發(fā)展自主導(dǎo)航技術(shù)，目前在100天的情況下，已經(jīng)能夠把潛艇的誤差縮小到幾百米的范圍了，這樣我們就可以長期的潛伏，可以悄悄地開到美國的西海岸不被發(fā)現(xiàn)，當(dāng)然主要是將來應(yīng)用到汽車上。
人工智能與量子計(jì)算機(jī)
我講著講著又回到原來的問題，就是我們的宇宙為什么會(huì)演化出這么個(gè)有生命的東西，回過來感受這個(gè)世界，我們必須得回答一個(gè)基本的問題，我們的意識(shí)是從哪里來的？
像今年有個(gè)很熱的話題叫做人工智能，因?yàn)榻衲臧柗ü反驍×宋覀兎浅ｍ敿獾膰迨?，所以大家都感到非常恐慌，就也許機(jī)器某一天就很快地會(huì)戰(zhàn)勝我們?nèi)祟悾艺f其實(shí)我們還不用擔(dān)心，至少在量子計(jì)算機(jī)造出來之前我們不用擔(dān)心，為什么呢？因?yàn)槲覀兠刻焓褂玫慕?jīng)典計(jì)算機(jī)，它的運(yùn)行的規(guī)則是跟牛頓力學(xué)是一樣的，它是絕對(duì)論的，什么意思呢？就是你每當(dāng)一個(gè)問題輸進(jìn)去的時(shí)候，它的答案肯定是一個(gè)確定的答案會(huì)出來的。
如果我是一臺(tái)機(jī)器人，有人讓我給他拿一杯水，如果離我同樣距離有兩個(gè)地方，有兩杯水，這兩杯水離我這個(gè)機(jī)器人的距離是一模一樣的，而且我過去把它取到水所需要消耗的能量也是一樣的，送到我主人的手里所需要的時(shí)間也是一樣的，這個(gè)時(shí)候我這臺(tái)計(jì)算機(jī)無論是多么強(qiáng)大的人工智能，它就死機(jī)了，因?yàn)樗眠x一個(gè)能量最節(jié)省的，它不知道該怎么辦了。這個(gè)時(shí)候我們要在后面做一個(gè)控制，如果兩個(gè)一樣的話你拿左邊就可以了，也就是說我們現(xiàn)在的人工智能都是有決定論的，它根本就沒有自由意志，它根本就不會(huì)認(rèn)識(shí)到自己的存在，它連一個(gè)非常簡(jiǎn)單的事情都決策不了。
這是經(jīng)典的人工智能機(jī)器人，但是量子力學(xué)剛才已經(jīng)告訴我們了，量子力學(xué)第一次把觀測(cè)者的意識(shí)與物質(zhì)的演化結(jié)合起來。所以我們是高度懷疑，或者說高度相信，盡管這個(gè)還沒被科學(xué)最后證實(shí)。量子力學(xué)是必然參與這個(gè)意識(shí)的產(chǎn)生，而且我們每個(gè)人大腦里面想什么我現(xiàn)在是取不出來的，我也不知道你在想什么，這才保證了我們每個(gè)個(gè)體的多樣性，如果我們跟手機(jī)一樣，所有的信息都可以拷出來，那人就沒什么意義了，因?yàn)槟愕乃枷胧菍?duì)每個(gè)人都透明的，如果完全可以拷出，我就可以復(fù)制成一個(gè)完全一模一樣的想法，就可以復(fù)制成很多份了，但是量子力學(xué)告訴我們這是做不到的。
我們既然這么獨(dú)一，所以我們相信量子力學(xué)跟我們意識(shí)肯定緊密相連，我們也相信通過對(duì)量子計(jì)算機(jī)的研制，可能為我們?nèi)四X一些機(jī)理的研究會(huì)提供有價(jià)值的東西。
量子的未來
我最后做一個(gè)結(jié)尾，我剛才講到一些非常遙遠(yuǎn)的一些事情，比說大家會(huì)問，你到底什么時(shí)候能夠拿來傳遞人類？
這里我愿意引用一下，1609年開普勒，那個(gè)時(shí)代非常偉大的科學(xué)家，給他的好朋友伽利略寫的信里的內(nèi)容，他說：“應(yīng)該建造適合飛向神圣天空的船與帆，然后也會(huì)有這樣的先驅(qū)者，面對(duì)無邊的太空，他們毫不退縮”。1609年的時(shí)候大家都不會(huì)想到，1961年人類首次進(jìn)入了太空，1969年人類首次登月，這個(gè)事情是多少年才發(fā)生的？要300多年之后。
所以我相信，第一個(gè)量子隱形傳態(tài)的傳態(tài)的實(shí)驗(yàn)是1997年，我們當(dāng)時(shí)很有幸把這個(gè)實(shí)驗(yàn)給做了，十年之后，中國科大的團(tuán)隊(duì)能夠首次傳送兩個(gè)粒子的狀態(tài)，到2016年，隨著墨子號(hào)的發(fā)射，我們的技術(shù)能力已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)地星間的1000公里量子隱形傳態(tài)。
我們要在宇宙當(dāng)中進(jìn)行探索的話，我們用目前的飛行手段，我們是永遠(yuǎn)都不可能離開太陽系的，因?yàn)槲覀兛祜w到太陽系的邊緣我們就已經(jīng)去世了。那么從這個(gè)角度上講，我想也許300年之后，也許500年之后，我們能夠用這些“墨子號(hào)”所帶來的成果，也許我們將來能夠利用這些手段來進(jìn)行星際的旅行。
最后，我引用一下《新科學(xué)家》雜志的評(píng)論，他說你的量子大腦也許在未來的某某時(shí)刻，量子力學(xué)能夠?yàn)槲覀兘忉屢庾R(shí)的起源，做出貢獻(xiàn)，謝謝大家！
本文原載微信公號(hào)《墨子沙龍》，《知識(shí)分子》獲授權(quán)刊載。
