日前，Serge Haroche教授接受Advanced Photonics编委、中国科学技术大学陆朝阳讲席教授的专访，采访内容的中文版本来自中国激光杂志社。

Serge Haroche教授，1944年9月出生于摩洛哥。法国物理学家、法兰西公学院名誉教授、法国科学院院士、欧洲科学院院士、美国国家科学院外籍院士、美国人文与科学院外籍院士、巴西科学院外籍院士。研究方向为量子光学和量子信息学，对量子光学中的量子电动力学研究做出重要贡献，在实验量子力学领域享有盛名，被业内誉为“腔量子电动力学的实验奠基人”。曾获法国物理学会GrandPrix Jean Ricard奖（1983年），爱因斯坦激光科学奖（1988年），洪堡奖（1992年），富兰克林研究所 Michelson奖章（1993年），罗马第一大学Tomassoni奖（2001年），欧洲物理学会量子电子学奖（2002年），国际量子通信、测量和计算大会量子通信奖（2002年），美国光学学会Townes奖（2007年），法国国家科学研究中心（CNRS）金质奖章（2009年），德国物理学会和美国光学学会Herbert Walter奖（2010年），诺贝尔物理学奖（2012年，与David Wineland共享）。

2012年诺贝尔物理学奖得主：Serge Haroche教授

陆朝阳：Serge Haroche教授您好，很高兴又一次见到您！您和David Wineland教授共同获得了2012年诺贝尔物理学奖，能否向大家简要介绍您的工作？此外，您是否可以聊聊当初为什么会对这个方向感兴趣，并且选择从事该领域的研究工作？

Serge Haroche：也许我应该从后一个问题开始回答。20世纪60年代，当我还是巴黎高等师范学院（ENS）的学生时，我便对原子物理学产生了浓厚兴趣。Alfred Kastler、Jean Brossel和Claude Cohen Tannoudji是我学术生涯的领路人，他们都是杰出的物理学家，同时也是极具个人魅力的老师。他们的教导带领我正式走进了原子物理学的大门。

原子物理学是一个利用光来研究原子性质的领域，原子的世界之所以引人入胜，是因为它遵循了一些反直觉的量子物理学规则。我最早使用经典的光谱灯做实验，但很快光谱灯便被新生的激光器所取代，激光具备的单色及高强度特性提供了有效操纵原子的新方法。在职业生涯初期，我研究的是大量原子（大概有数十亿个）分布在玻璃腔内的场景；当时，我对每一个原子都遵循量子定律感到好奇，但因为研究对象是大量的原子，这些奇怪的量子特征便被统计效应所掩盖。自20世纪70年代起，我便开始转换目标，尝试减少原子的数量。当时我的想法是：当研究系统中仅有单个原子时，量子物理的作用便能够更清晰地显现。

于是我选择在一个具有高反射率镜壁的微腔中进行研究，这个微腔能够长时间（约0.1 s）存储微波光子。我的研究团队花了很长时间才建造出这样一个空腔，为实现高反射率，我们甚至使用了超导材料；此外，我们还需要准备一些特殊的原子，它们会与空腔中的微波光子发生强相互作用。这种令人感到兴奋的原子名为“里德堡”原子，这种原子的核外电子在距原子核很远的地方绕轨道运动。这种处于激发态的原子可以用激光来制备，它们会对微波场表现出极其敏感的反应。在进行了一系列的研究后，我们得出了这样一个构想：穿过空腔的原子会与一个单光子发生相互作用，这也是能想到的最简单、最根本的光与物质相互作用。

在实验条件齐备后，我们便开始观察在这种简单情况下所发生的现象，我们最早研究量子物理学创始人在一百年前就曾预测过，但一直无法真正观察到的物理现象（因为这些现象被大样本统计效应掩盖了）：对离开空腔的里德堡原子状态的测量会对场的状态产生直接影响，这种现象被称为“量子纠缠”。我们还可以制备出由几个光子组成的不同场态，这些光子同时具有两个不同的相位，而这种情况也使我们联想到那只著名的“薛定谔的猫”：光子会在与原子相互作用后，同时处于“死”和“活”的状态。我们还可以在不破坏光子的情况下看到光子，这一行为被称作“量子非破坏 (QND) 测量”，而这也是以前从未实现的。一般来说，对光子的观测普遍具有破坏性；但在QND实验中，光子并不会湮灭，而是会在原子上留下微妙的印记。

当时，我们在好奇心驱使下进行了这些实验，因为我们想知道自己究竟能够在原子和光子的微观世界中走多远，使我们能够在不破坏它的情况下精确操纵这些微观实体。于是从那时起，这便成为了一个被称作“量子信息科学”的研究领域。最开始的时候，我们在毫不知情的情况下做量子信息研究，初衷只是为了探索和挑战未知。薛定谔在1952年曾断言：“我们永远无法用单个电子或原子进行实验”，他还补充到，“如果能做这种实验的话，将会产生不可思议的后果”。于是，当我们开始实验后，一个强大的内在动机便是证明薛定谔是错的。爱因斯坦和薛定谔是非常著名的科学家，他们对现代物理学做出了巨大的贡献，因此，挑战他们的论断或想法本身就是一件值得令人兴奋的事情。

这里我必须补充一点：我的团队并不是世界上唯一一个在操纵单量子领域内工作的团队。其他的研究团队并没有选择在空腔中捕获光子，而是为带电原子开发了“陷阱”，即所谓的“离子阱”。他们观测到了与我们所用系统类似的研究结论，即量子叠加态、量子纠缠及类薛定谔态等。David Wineland教授是位于科罗拉多大学博尔德（Boulder）分校的离子阱物理学研究团队的领导者，也是我的老朋友和同事。我很高兴与他一同分享诺贝尔奖。尽管我们没有使用同一个实验系统，但我们从两个不同的角度探讨了一个相同的问题，不同的是他用光去探测原子，而我用原子去探测光。

陆朝阳：您的导师、您导师的导师都获得了诺贝尔奖，您对所在实验室取得的斐然成就有何感想？有没有什么有趣的故事想要与中国的年轻人分享？

Serge Haroche：我科学事业的道路上一直充满了幸运。作为一名年轻的研究生，我很幸运能够加入导师所在的物理实验室，而实验室隶属的ENS曾在很长一段历史时期内完成了极其优秀的科学和人文学科研究，校友中有很多人都曾获得过诺奖。ENS每年招收不到100名学生，但自20世纪初算起，这所学校曾培养出十几位诺贝尔物理学、化学及文学奖获得者（不包括经济学奖）。我毕业的实验室，也就是现在的Kastler-Brossel实验室，一直是一个充盈着浓厚学术氛围的奇妙之地，教授们都是极富个人魅力和学术热情的良师，他们充分信任年轻学生，并给予他们发展创造力和想象力所需的一切自由环境。

在这个实验室中，Kastler和他的学生兼同事Brossel共同发明了光泵浦(optical pumping)方法，该方法旨在利用光场来改变和调控原子的内部状态。实验最初是用较大尺寸的样品，在光强较弱的经典光谱灯的辐照下进行的，这种方法发明之初，激光器还未问世。当20世纪60年代激光器发展趋于成熟之后，光泵浦的技术构想便愈加蓬勃发展。Kastler提出用光操纵原子的实验原理对我之后的研究起到了决定性的启发作用，激光器的发明大大增加了实验的可能性。因此，我很感慨自己当年的双倍运气：能够在这样一个团结奋进的实验室接受科研训练，并且能够在激光这种非凡光源发明之时开启自己的物理生涯。

1966年10月的某天，当我在实验室工作时，突然得知了Kastler教授获得诺贝尔奖的消息，我用相机记录下了那振奋人心的一刻，并常常在报告中展示这一幕，这张照片可以在Reviews of Modern Physics上我所发表的诺贝尔演讲中找到。那真是美妙的一天，我们唯一的遗憾是Brossel并没有和Kastler一同获奖。事实上，Kastler也多次表示，这个奖项应该与以前的学生和同事分享，而不是自己独享（并不是因为奖项授予人数过多）。Kastler是提出实验方案的人，但Brossel动手完成了实验，他拥有实现光泵的能力和天赋。在我看来，Brossel是一位真正的绅士，因为他从未抱怨没有和Kastler教授一同获得诺贝尔奖，但时至今日，我仍旧不明白诺贝尔委员会为什么不给他颁奖。

图1 Serge教授所摄：Kastler教授获得诺贝尔奖时的合影

从左至右依次为: Franck Laloe¨, Claude Cohen-Tannoudji (Nobel 1997), Alfred Kastler (Nobel 1966), Serge Haroche, Jean Brossel, Alain Omont.（源自Serge Haroche, Nobel Lecture: Controlling photons in a box and exploring the quantum to classical boundary, Rev. Mod. Phys. 2013, 85, 1083）

陆朝阳：我感觉诺贝尔委员会也正在做出改变，现在他们更倾向于给年轻人颁奖。

Serge Haroche：是的，他们也正在试图纠正一些错误。但不管怎样，这已经是一个令我终生难忘的时刻。我仍然记得第一次与报社记者接触的故事，当时他们蜂拥而至，来到我们的实验室。我记得其中一名记者错误地以为光泵浦与激光是一样的，所以我们试图告诉他们，Kastler并没有发明激光，让他不要过分吹捧Kastler教授所做的工作。

陆朝阳：我听说您在62岁生日当天午夜还出现在实验室里，并和学生们一起首次观察到了单个光子的诞生和湮灭，您能和我们分享一下当时的心情吗？

Serge Haroche：事实上，我们当时一直在试图去实现这样一种实验：腔内只有一个光子，它会在镜壁间来回反弹，并在其中停留足够长的时间，与穿过空腔的原子发生相互作用。我们很自信能够实现这一情景，但在此之前，我们需要一个很好的腔体。事实上，寻找合适的腔体花费了我们很多年的时间。直到2006年夏天我们才找到合适的腔体，并开始热火朝天地筹备实验。

我记得那一天刚好是我的生日。9月11日，我们在家里举行了家庭聚会，而我的博士后Stefan Kuhr仍然在实验室中工作。当晚10点，他打电话给我，告诉我实验所需的一切都已准备妥当。我告诉他“稍等，我马上过来”，然后我便离开了聚会。10分钟后，我到达了实验室，并与我的学生们共同目睹了期待已久的信号：数百个原子一个接一个地穿过空腔，每个原子都在电脑屏幕上留下自己的痕迹，进而证明了腔内仅存在一个光子的事实。突然，光子又意外地消失了，接下来通过腔体的原子都留下了不同的信号。

这种信号变化——量子跳跃（quantum jump），是我们多年以来苦苦追求的痕迹，当时的兴奋感难以用语言描述。我们在实验室中呆了很长一段时间，着迷地观察着腔内光子的诞生和湮灭，当时，我们意识到自己正在完成一项真正具有开创意义的工作。

事实上，当时我刚与Jean-Michel Raimond共同撰写了一本名为《Exploring the Quantum: atoms, cavities and photons》的书籍，在这本书中我们预言了实验中可能会观测到的现象。但可惜的是，这本书在实验完成之前就已经出版，因此它只将光子的无损探测和其他许多效应描述为理论模型，并没有补充进一步的实验验证。从那以后，我一直有一个执念，应当为这本书做进一步的补充，将这些真正的实验描述添加进去。但很遗憾，我们一直没有时间去完成这件事。

陆朝阳：这真是一份最好的生日礼物，也许是您的实验装置一直在等待，直到您生日当天才会发送这些量子跳跃信号。

Serge Haroche：也许吧，但我想补充一点，这不仅是我个人的生日礼物，它更是当晚在场所有人共同努力的结果。这件事上我有着和Kastler类似的感觉，我认为我的两位同事Jean-Michel Raimond和Michel Brune，同样值得与我一同分享诺贝尔奖。顺便提一句，Michel Brune现在也正在上海访问。

陆朝阳：是的，他明天将访问我们在中国科学技术大学上海研究院的实验室。

Serge Haroche：诺贝尔奖所表彰的工作更应该是一项集体成就，我很荣幸能够在职业生涯中遇到许多位聪慧过人、勤奋敬业的学生和博士后。Jean-Michel Raimond和Michel Brune一直陪伴在我身边，我们共同努力工作，确保每一个学生都能够以出色的成果获得博士学位。

陆朝阳：说到合作，这也是我想请教的下一个问题。您有一些学生后来成为了长期合作的同事，例如Jean-Michel Raimond和Michel Brune。我隐隐感觉到法国和美国的科研文化略有不同，例如，在美国通常是单个项目负责人制（principle investigator，以下简略为PI），而法国允许多位教授长期合作，这个模式具体是什么样的？您对此感觉如何呢？

Serge Haroche：你说得对。法国的传统，至少在我们实验室，是这样的：几位教授可以同时负责一个大的项目。事实上，Jean-Michel Raimond是我的第一批学生之一，他很早就在巴黎第六大学找到了教职，但他平时仍在ENS同我一起做研究。10年后，Michel Brune也加入了我的实验室，后来他获得了本校的教职，我们因此能够共同工作。我们俩之间的关系更像是朋友，我们经常分享一些想法，一起培养学生。由于我是实验室行政级别最高的人，所以还肩负着一些管理责任（例如我多年间一直担任ENS物理系主任）。尽管我需要分心去做一些其他的研究活动，但我仍然可以在Michel和Jean-Michel的共同帮助下完成培养学生和博士后的任务。我们能够在友好而高效的合作中产生新的灵感，并调整课题组后续研究的思路。

正如你前面提到的，美国的情况与我们大不相同，因为实验室首席研究员(PI) 往往需要独立工作。不过，据我所知也有例外：美国国家标准与技术研究院 (NIST) 的David Wineland教授，也曾与和他一样担任长期高级职位的同事共事。NIST并不是一所大学，它本质上是一个研究机构，因此可能与一般的情况不同。在我看来，只要研究人员之间相处融洽，并且能够得到足够的认同感，几名资深科学家一同工作也未尝不是一种极其有效的研究模式。

不幸的是，即使是在当今的法国，这种情况也变得难以维持，PI独自参与一个项目已成为普遍规则。当下的研究大多需要高昂的研究经费，如果不申请资助，就很难开展研究，但资助机构通常希望每个项目只有一个PI，我们现在不得不努力适应这条规则。就当下而言，我们团队内的部分学生和博士后已经展露出过人的才智，我们努力保证他们每个人都有自己独立的项目可做。几年前，我和Jean-Michel Raimond一样，成为了一名名誉教授，实验室目前的PI是Michel Brune。尽管当下的规则如此，但他仍然在一定程度上保持了实验室早期建立时的合作氛围，确保从事不同项目的学生和博士后能够以同事的身份去互动、交流与分享。

陆朝阳：当你们一起合作时，是否也能够更有效地利用各种昂贵的实验资源（例如激光器）？我感觉这是一个很好的并值得推广的模式。

Serge Haroche：是的，我们共享了实验设备，这是合作研究的一大显著优势；当时我们还共同完成了论文的撰写工作，我对那段时间有着难忘的美好回忆。我们彼此毫无保留地交换着意见，并试图以更加准确、易懂的方式去撰写、修改论文，并将其放在理论工作的背景框架下。共同撰写论文是合作型研究中十分重要的一环，它将助力我们走向成功。

陆朝阳：听起来很不错！我认为这是一个很好的模式，值得大力推广。正如您刚才提到的，法国有着非常深厚的科学传统，总共获得了70余项诺贝尔奖。当您与中国的科研人员互动并且亲身到访中国时，您能感到中法科学文化有哪些明显的不同吗？您可否给中国的科研人员，甚至是中国的科研经费资助机构的决策者，提出一些建议？

Serge Haroche：其实我想以目前中国科研的一些好的方面为例，给法国的研究人员一些建议。对于这个问题的前半部分：我认为法国之所以能够获得如此多的诺贝尔奖，是因为这个国家拥有悠久的科学传统，特别是在光学和其他相关的技术领域。包括19世纪，Fresnel、Fizeau和Foucault；20世纪，Fabry、Pérot、Kastler等人，这些都在生动阐释着这一传统。在我获得2012年诺贝尔物理学奖之前，Kastler教授曾于1966年获奖，我的导师Claude Cohen-Tannoudji教授则于1997年获奖。2017年Gerard Mourou获得诺奖，2022年Alain Aspect获得诺奖，2023年Pierre Agostini和Anne L’huillier也获得了诺贝尔奖，而所有这些奖项都与光学有关。值得一提的是，Anne L’huillier是我在ENS研究生班指导过的一名学生，作为老师，我很高兴看到她得到世界最高水准的认可。

我认为，法国科学研究有一个传统是至关重要的：科学是广泛意义上的文化活动的一部分，它在艺术、人文、哲学以及文学的背景下蓬勃发展，并衍生出极富创造力和想象力的学术氛围。在法国乃至整个欧洲，伟大的科学家往往都会受到哲学家、作家以及艺术家思想的影响。ENS的校友就曾在哲学、文学以及经济领域获得诺奖，他们在读书时为ENS带来的充满着自由思想的学术氛围，使得从事物理、化学研究的校友也相继获得诺奖。我认为，想要攀登科学的顶峰，首先必须要在一个艺术或人文领域研究同样发达的环境中工作，这需要极大的科学自由。

既然我们谈论的是诺贝尔奖，那么我们就不应忘记Alfred Nobel创立这个奖项时的初衷与精神，他想奖励的是那些对人类共同利益做出卓越贡献的人，他将科学、文学以及和平放在了同样的奖励标准上。诺贝尔奖的精神是奖励一切形式的创造力，而不仅仅是“硬科学”。中国也应该更多地考虑这一点，大学应当开放更多的人文学科，并鼓励科学家和学者进行跨领域的交流。

此外，还有一个方面值得注意：在中国及其他亚洲国家，存在一种类似等级制的传统，要求尊重资历更深的人群，并高度重视他们的想法。我自己现在已经到了暮年，从我的立场出发，似乎不应该抱怨这件事。但我希望，这种对于资历的尊重，不应该成为老科学家限制年轻科学家想法的枷锁。科学家的创造力会在其年轻时达到最高水平，因此，年轻人应该得到信任，在学术界获得更多的自由。我有一种感觉，中国现在正朝着正确的方向变化，但这种变化的步调，应当更快一些。

如今，当我和法国国内一些制定政策的人交流时，我常常会告诉他们：应该多向中国学习，为科学研究提供更多的资金支持（尤其是量子物理和量子信息等领域）。对一个国家而言，最重要的财富莫过于年轻一代人的智慧和想象力，每个国家都有责任去培养年轻人。通过向值得信赖的年轻人提供经济支持，助力其实现伟大事业以获得财富反馈，进而构成一个良性循环。我认为不仅是中国，对于欧洲和世界上其他国家来说，这一点都至关重要。

最后提一件令我感到担忧的事：地缘政治导致的紧张局势，使得中国和包括法国在内的西方国家科学家之间的交流变得愈发困难。这是非常可惜的，因为科学是一项不分国界的全球性活动，不同工作环境下科学家之间的交流，及其引发的良性竞争都至关重要。科学能解决的问题，以及人类面临的挑战，往往都是全球性的，如果我们无法齐心协力，势必将陷入一个极其困难的境地。

陆朝阳：您说的没错。事实上，我和周围的一些同事也有幸获得了法国学术氛围的熏陶。我所在高校（中国科学技术大学）的第二任校长严济慈，师从Charles Fabry教授，是近代第一位在法国获得博士学位的中国人。从法国回来之后，严老为中国科学界做出了杰出贡献。另外，我们学校有三位教授都是欧洲物理学会以法国光学先驱菲涅耳命名的奖项的获得者。

让我们继续访谈，您作为如今被广泛应用的腔量子电动力学（C-QED）研究领域的先驱，能否向广大读者描述您最早开展研究时该领域的状态，以及预测一下这个领域未来会如何发展？

Serge Haroche：四十年前，当我开始这个领域的研究时，我还不知道自己该走哪条路。我一开始接触的工作是对里德堡原子进行精确的微波光谱分析，而空腔只是为了定义微观场施加到原子上的空间面积。当时我意识到，或许我们可以通过提升腔体的质量实现单光子输出，这也促使我逐渐产生了在单原子和单光子尺度上研究光与物质相互作用的想法。于是我们便在这个方向上开始努力，最终使其发展为原子物理学的子领域，并同步拓展到了光学领域。这是一个非常精妙的设计，利用微观尺寸的FP腔能够以光学光子取代微波光子开展实验。

随着时间的推移，真实原子开始被人造原子取代，研究人员尝试研究超导量子比特在射频腔及其他波导中的相互作用；与真实原子相比，这种做法涉及到的数学原理与物理方法都是相同的，并被命名为“电路量子电动力学”（电路QED）。电路QED有很多优点，其中之一是人造原子可以通过常见的光刻沉积技术在硅基晶片上产生，相关领域已有了很多优秀的实验成果。

但随着研究的深入，基于真实原子的研究或将回归主流，因为研究人员发现能够利用光镊技术固定单原子，并使其具备极高的灵敏度。利用光镊技术能够将原子摆放在腔内任意一个确定的位置，并使得这些原子与腔进行相互作用。因此，腔QED仍有较大的发展前景，尤其是在量子信息领域内。此外，电路QED和腔QED研究之间的学术争鸣，也同样令人感到兴奋。

陆朝阳：当您在二十世纪七八十年代开始进行这些具有开创性研究意义的实验时，您或许无法预知这些实验能够带来如此深远的影响。例如，今天我们走进来时，可以看到走廊上挂着光镊里德堡原子的海报。此外，正如您所提到的，腔量子电动力学目前正在演化为电路量子电动力学，现在它也成为了超导量子计算研究中一个投资巨大的领域。光镊和超导现在是量子计算最具前景的两个例子，您能否对二者进行评述？

Serge Haroche：这两种技术目前还在竞争，哪一个更好仍然是悬而未决的科学问题。如果你在15年前问我哪项技术会更加占优势，我很难相信电路QED会有如此惊人的发展速度；而你如果在5年前问我，我会说电路QED看起来比里德堡原子好；但现在，我认为里德堡原子具备一较高下的竞争力。量子科学发展得非常快，这使得相关研究变得精彩、令人兴奋；而相关领域的科学家们，也正在以友好的方式进行竞争。

陆朝阳：就像您和David Wineland。

Serge Haroche：是的，David和我之间的友好竞争就是一个很好的例子。最理想的情况是，只有当科学家们相互尊重，并且认同彼此的工作价值时，好的研究成果才能够涌现。在这个领域，我还想提德国一位已故近二十年的先生，他的名字是Herbert Walther，他才是这个领域真正的先驱。

陆朝阳：是的，一位非常值得尊敬的科学家。

Serge Haroche：他发明了里德堡原子激光器，其装置与我们为腔QED研究所开发的装置非常类似。他从不同的角度进行工作，但涉及到了同样的技术。Herbert Walther在德国学术圈子里有着极高的学术声望，他长期在马克斯·普朗克研究所工作。

这个领域未来究竟会变成什么模样，我对此一无所知，但我对量子计量学的研究进展十分感兴趣。使用量子计量系统，能够得到更加精确的测量结果。我们在实验中使用里德堡态原子检测微小的电场和磁场时，证实了这种系统的确能够获得更优的测量结果。其他人所做的工作也同样引人注目，其中最受关注的是在原子光学钟上的研究，目前能够实现的精度已经达到了10^-19量级；这一数值水平极其优秀，我敢肯定它能够用于基础科学研究和实用设备的研制，例如改进版的GPS。

此外，包括原子重力仪和原子陀螺仪在内，原子干涉测量法的进展也值得注意。但在量子科学这一领域，人们谈论最多的可能还是寻找量子计算机。它也许能够在未来某天实现，但依旧十分遥远。

陆朝阳：我同意您的观点，量子计量学会有更多优秀、令人感到兴奋的研究成果。您能否预测量子计量学和量子计算这两个领域在未来5~10年内将会产生哪些实质性的突破？

Serge Haroche：我认为可以预见的是，量子模拟领域将会出现大的突破，这是一个在不同尺度上模拟凝聚态系统量子结构的研究领域。科学家擅长于捕获、设计人造原子，并能够将其放置在不同位置，排列成一维、二维或是三维构型，并使其发生相互作用。同时，这也是一个正在走向成熟的领域，世界上有很多国家与实验室都在这个领域内竞争，美国、欧洲以及中国，无数科学家都对这个领域产生了浓厚的研究兴趣。尽管这些研究是用人造原子完成的，但它仍然属于基础科学。我无法预知未来会有哪些具体的应用，但我知道，有一些初创公司已经在销售基于中性原子的光镊阵列，研究人员可以使用这些原子阵列进行量子模拟。但上述这些系统不是量子计算机，因为它们还不能避免量子退相干。

陆朝阳：量子计算机的发展可能会像激光器一样，最初只是物理学家和化学家的工具，但也许在10到20年后，它会遵循类似的历史，走向产业化的道路。但在激光器诞生之初的20年间，人们完全无法预见激光在今日的诸多产业应用。目前，量子计算的预期在社会上引起了“量子炒作”。您如何看待？

Serge Haroche：是的，关于量子计算机的确存在很多炒作。目前，人类实现的量子计算系统可以完成的几乎都是经典计算机可以轻松执行的计算。当媒体谈论50甚至100个量子比特的量子计算机时，他们没有提到这样一个事实问题，即：这些量子比特没有受到退相干的保护，执行量子算法所需的量子纠错，也远未在这些系统上得到有效的实现。量子纠错将需要对纠缠量子比特集合中的逻辑量子比特进行编码，并在退相干诊断测量结束后再次进行校正。制造一台有用的通用量子计算机，需要成千上万的逻辑量子比特，每个量子比特都由数千个纠缠的物理量子比特组成，但没有人知道如何以现实和可扩展的方式实现它。

所以，我认为“量子炒作”的现象确实存在，并且具有很多实际的危害。首先，如果你一直承诺一些无法兑现的事，政策制定者们会逐渐失去耐心，并且产生反感情绪，进而削减研究资金；其次，更加普遍的事实真相是，你一直强调量子计算机时代即将到来，并将为一个国家带来决定性的战略优势，决策者会因此认为它是一项绝对机密的研究。而当其被定义为国家级机密时，又会发生什么？当年轻学生想要从中国前往欧洲或者美国进行交流时，他们的签证会被直接拒绝，因为人们认为这些信息是不能被共享的。因此，“量子炒作”绝对是一件愚蠢的事。但很抱歉地说，这件事归根结底来源于部分研究人员过分宣传了自身的工作。当你与不懂科学的人谈话时，如果夸大了某项事情，他们便会信以为真，结果就会导致仍处于基础科学研究领域信息的自由交换受到不可避免的限制。

我认为，量子计算机不是“曼哈顿计划”，你无需刻意去保护它。它是一个完全开放的领域，我们只能从竞争、共享信息和数据的过程中获利，而这也是我们唯一能够实现的事。如果某些人实事求是，不夸大其词，就不会给人留下“量子计算机能解决当今人类面临所有问题”的错误印象（注：Michio Kaku教授出版的《Quantum Supremacy》，宣称“人类面临的问题没有一个是量子计算不能解决的”。）。

陆朝阳：早在1998年左右，诺奖得主David Wineland就发表了关于量子计算机的论文，他将“量子计算机”这个词作为标题中的一个技术术语。但我认为，在向公众描述这一研究领域的研究时，应当更加谨慎。

Serge Haroche：我个人认为量子计算机是一种泛指的专业术语，用以广泛地描述量子信息科学的物理体系。我们建造它是用来更好地解决科学问题。我们应该以这种方式去理解。如果你只用字面意思去理解它，那可能会有问题。

事实上，26年前，我和Jean-Michel Raimond就曾为Physics Today撰写过一篇评论文章，其标题是“Quantum Computing: Dream or Nightmare? ”。在这篇文章中，我们曾评论说量子计算机是理论家的梦想，但却是实验人员的噩梦。时至今日，仍然如此：我们仍然不知道该如何实现大规模容错量子计算机。虽然David Wineland对此有着不同的看法（他比我更乐观），但这并没有什么关系，我们仍能够以友好的方式在科学问题上保持不同意见。

陆朝阳：如果您重回二十岁，正要开始博士阶段的学习生涯，但假设您已拥有了目前所有的记忆，您希望给年轻的自己什么建议？这个问题有点科幻哦。

Serge Haroche：我想告诉那些想要进入这个领域的年轻学生，你真的需要对这项研究充满热情。你需要认识到，你所从事的工作或许在未来将产生奇妙的化学反应，而你就是这场冒险中的一部分。一旦你被一个特定目标吸引至特定的科学领域，那么或许会产生许多意想不到的事情，这些事将引导你走向新的方向。但无论如何，你首先应该受到好奇心的激励，为职业生涯找到一个合理的高起点。

如果我以目前在生活中获得的所有知识为起点，那么我可能会被寻找存在不同生命形式外星的研究吸引。这是一场奇妙的探索，它能够使我们认清自己在宇宙中的位置；它同样是一门基础科学，涉及到了许多前沿的技术，其中不乏我们熟知的光学技术，例如，对系外行星的分析，离不开基于光频梳技术的多普勒光谱仪；同时，你还需要许多自适应光学技术的知识，这与我的团队在量子模拟实验中用于制备光镊阵列的技术类似。此外，为了寻找系外行星，你还需要大量化学、生物学以及光谱学的知识，这是一个跨学科研究的领域，意味着你永远不会孤独地工作，你必将与那些与你有着共同激情和研究热情的研究人员通力合作，对你来说，这也将是一笔巨大的财富。我个人最喜欢这项研究的一点是，它从先验上看是完全无用的。我们或许永远也无法抵达这些行星，但在好奇心的驱使下，我们仍然会积极地了解这些难以企及的神秘世界。

陆朝阳：中国有一句老话：“无用之用，实堪大用”，说的也是这个意思：往往那些看起来最无用的东西，最后会派上大用场。

Serge Haroche：普林斯顿大学的创始人Abraham Flexner曾有过一本著作，其标题是《The Usefulness of Useless Knowledge》（《无用知识的有用性》）。Flexner在书中提出了一个对许多科学家而言显而易见的想法，即所有仪器及应用物理学都发源于基础科学，而最初发明者并没有想到具体的应用，仅仅是出于好奇心的驱使。激光、GPS、核磁共振以及原子钟等都是其中有名的例子，这些发明往往以一种意想不到的方式出现。即使寻找系外行星是徒劳的（因为我们永远不会去那里），但它可能间接产生一些作用，比如引导我们开发有助于实现某些实际目标的仪器。

就在刚才，我想到了一个同时涉及观测和实验的科学领域，这便是我最熟悉的物理问题。对于那些有着强大数学头脑的年轻科学家，他们心中的“圣杯”是引力量子理论。这是一个悬而未决的科学问题，迄今为止最聪明的理论学家们也未能找到解决方案。我建议追求这一宏伟目标的年轻科学家，也要对物理学中其他问题持开放态度，例如凝聚态物理学或量子信息科学，这些问题或许不是那么具有挑战性，更容易解决，并很有可能带来有趣的新发现，或许它们会给我们一些触及圣杯的提示。

陆朝阳：这就是物理学的大统一理论。

Serge Haroche：是的，为了实现这一目标，理论学家应该与实验人员及观测人员保持密切联系。对引力波的探测使我们获得了许多关于黑洞物理的信息，这也让我们回到了最常见的物理发展模式：基于更加精确、更加灵敏的仪器的观测。或许下一代探测设备就会需要更加精确的原子钟，而其将会对时空扰动以及引力波等变得较为敏感。原子钟领域研究的先驱，类似于叶军这样的人，就如同旅途上的探路者，对原子钟在未来的应用抱有浓厚的兴趣。（叶军，美国国家科学院院士、中国科学院外籍院士，他带领团队通过使用激光捕获、冷却、探测原子，制造出极其精确的原子钟。）

陆朝阳：是的，这些都是非常有趣的话题。说到在宇宙中寻找除了我们之外的其他智慧生命，我想邀请您去中国的贵州省旅行，因为科学家在那里建造了世界上最大的射频望远镜，人们将其称之为“FAST”（500 m口径球面射电望远镜）。它正在执行一些非常有趣的实验任务，而周围也有美丽的风景。

Serge Haroche：说到这里，我知道有一些项目是通过研究光学望远镜之间的耦合，制造一个巨大的望远镜，它们通过量子进行连接。潘建伟教授正在做的事情就是试图利用量子特性将设备锁定在一起，或者从不同的位置相干地提取信息，这也是一个非常令人兴奋的项目。但即使收集到了很多来自系外行星的信息，我们也不能忘记，所有的实验研究都需要在地球上进行，我们必须保护它，使其免受气候变化以及生物多样性破坏的威胁，这也是一个重要的议题，是值得新一代科学家们努力的方向。

陆朝阳：最后一个问题。正如您刚才提到的，您对科学和教育充满了热情。您曾撰写过几本著名的科学书籍，您能否向读者简要介绍您的著作？因为读者当中也有很多年轻的学生，他们未来或许也会从事相关的研究。

Serge Haroche：我一共写过两本书，一本是在20多年前和Jean-Michel Raimond一起合作撰写的，书名叫做《Exploring the Quantum: Atoms, Cavities, and Photons》，该书是一本研究生教科书。书中介绍了原子与光子在腔内相互作用的物理过程，并说明了量子叠加、量子纠缠以及量子无损测量等基本概念。

最近，我用法语撰写了一本受众群体更广泛的书，书名译成中文叫做《光的探索》。通过对几个世纪人类获取光学知识的描述，我在书中表达了自己对于科学发展的迷恋。科学方法始于17世纪，通过对空间及时间的定量测量，光速首次被预估。在书籍中，我试图遵循从伽利略时代直到现代科学的思想谱系。我同样被光学发展历史中科学知识的进步所吸引，这其中涉及到观察、实验与理论，以及不同要素之间的交流演变。通过撰写这本书，我也有机会重新反思科学家和学者们的生活，这其中不仅有物理学家，还有数学家、探险家以及哲学家，他们都为人类光学知识体系的成长做出了自己的贡献。

图2 Serge Haroche所著，“Exploring the Light, from Galileo to Quantum Physics” 中英文版封面图

我在书中还想表明，基础科学和应用科学之间存在着持久且富有成效的相互作用。光学知识的发现促进了众多新仪器的发明，例如望远镜、光谱仪、干涉仪、激光器、原子钟等；同时，这些仪器灵敏度的不断提升，使得科学家能够进行更加精确的观测，发掘新的现象将科学带向新的方向，并最终产生了类似广义/狭义相对论、量子物理学以及宇宙学等令人着迷的成果。我们目前仍身处这个过程，例如，如果有一天我们发现了一种将广义相对论与量子物理学相结合的方法，它势必来自更精确的实验观测。解释自然界中新奇现象的本质，必将涉及到许多新的仪器，无论是更强大的加速器，抑或是更精确的原子钟或原子干涉仪。通过撰写这本书，我想让更多的读者了解到现代科学的探索历程。为了使这本书更贴近个人生活，我还在其中谈到自己作为一名科学家的生活，从我早期接受物理训练，到我领导研究团队进行实验。我试图在书中传达这样一种观点：科学是一场冒险，拥有不同背景的科研人员参与其中，并为之做出自己的贡献；而科学家们同属于一个群体，对真理有着同样的热情。这就是我想在书中表达的科学之美。

我在巴黎的课题组里有一位中国学生吴海龙，他非常仔细地审阅了中文译本，并撰写了中文序言。令我感到吃惊的是，中文译本比原版书本要薄得多，这意味着中文字符所携带的信息量，比拉丁字母要多得多！

陆朝阳：好的，再次感谢您今天于百忙之中抽出时间接受我的采访。

Serge Haroche：我也非常高兴，感谢你提出了这些非常有趣的问题。

采访人简介

陆朝阳，中国科学技术大学教授、上海量子科学中心副主任、中国光学工程学会理事。长期致力于量子信息和量子计算等交叉领域的研究，在《现代物理评论》《自然》《科学》等期刊杂志发表论文140余篇，连续四年被评为全球“高被引科学家”。多自由度量子隐形传态工作入选英国物理学会Breakthrough of The Year，“九章”系列光量子计算原型机和实数量子力学检验的工作连续入选美国物理学会Highlights of The Year，他的工作还被联合国教科文组织评选为“年度世界十大数字创新技术”。曾获国家自然科学一等奖、何梁何利科学与技术创新奖、《自然》中国科学之星、探索奖、新基石研究员、菲涅耳奖、仁科芳雄亚洲奖、IUPAP-ICO光学青年科学家奖、美国光学学会阿道夫隆奖章、美国物理学会量子计算奖、CLEO 戈登纪念演讲奖和亚洲成就奖等。

英文全文已发表于Advanced Photonics 2024年第1期，欢迎阅读：Chao-Yang Lu. Light touch in quantum: an interview with Prof. Serge Haroche[J]. Advanced Photonics, 2024, 6(1): 010503.