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潘建伟对话青少年:爱是自然界现象 量子碰撞产生了你

科技资讯  2017年10月29日 16:46  来源:新浪科技
摘要:新浪科技讯10月28日下午消息,今天2017未来科学大奖颁奖典礼暨未来论坛年会在京举办。在青少年对话物质科学奖获奖人环节,青少年代表对话了中国科学技术大学常务副校长、中国科学院院士、2017未来科学大奖-物质科学奖获奖者潘建伟。青少年代表对话了中国科学技术大学常务副校长、中国科学院院士、2017未来科学大奖-物质科学...

  新浪科技讯 10月28日下午消息,今天2017未来科学大奖颁奖典礼暨未来论坛年会在京举办。在青少年对话物质科学奖获奖人环节,青少年代表对话了中国科学技术大学常务副校长、中国科学院院士、2017未来科学大奖-物质科学奖获奖者潘建伟。

  青少年代表对话了中国科学技术大学常务副校长、中国科学院院士、2017未来科学大奖-物质科学奖获奖者潘建伟  青少年代表对话了中国科学技术大学常务副校长、中国科学院院士、2017未来科学大奖-物质科学奖获奖者潘建伟

  潘建伟,出生于70年代,小时候是个捣蛋鬼,从考40分的娃娃到中科院最年轻的院士,是量子通讯的领导者。

  潘建伟回顾自己少年时代:“我看到现场的青少年,就想起小时候的自己。我小时候是在农村,过得很开心。除了我父亲给我买童话书,我大部分时间都是在野外度过的。语文学的不好,也没机会学英语。我跟我父亲讲我就不学英文了。我有时候会走到山上去做作业。前几年,我的高中老师把我的评语给我了:这个学生还是比较聪明的,就是不太守纪律。第二个也是如此。”

  对于信息加密,潘建伟分析说,我们的祖先发明了语言,互相之间可以交流,很多知识可以共享,知识的共享本身就是通信,互联网就是信息的交流就是通信。但同时隐私也很重要,一方面要让信息的交流变得充分,同时也要有信息的加密和保护,但一直以来各种加密手段都被破解。

  所以潘建伟开始思考能不能利用量子这个奇怪的现象设计密码,让其他人破解不了,这也就是量子通信。“我们将来如果有互联网,电子银行转账也好,量子秘钥分发技术,可以保护你的隐私,让别人破解不了。”另外,量子计算还可以发展超级计算的能力,量子计算的能力比我们目前计算能力的总和加起来还要快100万倍。“量子变得越来越重要,量子通信是一个比较有意义的、新的技术手段。”

  在被青少年代表问到“为什么会有爱”时,潘建伟回答说,“在电影《云图》里面有一句话:爱是一种自然界现象。但是这个现在还无法证明。生命科学家发现,爱的互相关怀是起源于必然的需求。在量子力学之前,没有办法来解释我们为什么存在。牛顿解释了:时间跟空间都是平均流逝的。量子碰撞产生了潘建伟、产生了你,我们能够在这里坐着对话,是一种奇妙的缘分。”

  对于量子通信目前的应用,潘建伟介绍说,目前的应用还是小范围的。此前建立了京沪干线,现在对于量子的技术,虽然告诉你这是安全的,但你并不相信,所以需要经历一个过程,破解、攻击、打击找到漏洞再弥补漏洞,外界才会相信这是安全的。潘建伟说,未来,可能需要10年,手机、家里都会应用上量子通信,保障通信安全。

  提到对青少年出国有什么建议,潘建伟提到了两点,一是在寻找老师方面,他分享说,自己当年出国留学时,许多同学都去找最知名的老师,例如诺贝尔获奖者、美国科学院院士,但他们往往已经六七十岁。“我想科学是年轻人的世界,要找到一个很有名的老师可能已经离开前沿一段距离。我当时找到的老师在国际上有一定名气,还不到50岁,正处于活跃阶段。”

  第二,是要对学科有兴趣。潘建伟建议说,可以去看看自己的家族血统,找到最杰出的方向,取得突破。

  对于一个小学一年级的小朋友的提问,潘建伟说,做科学不要有压力,自己喜欢过悠闲的日子,自己曾经因为要采一种家乡的蔬菜而晚开展实验,当天的工作做完了看天气不错也会选择去多瑙河边散散步。

  提及关键的人和事,潘建伟说,在本科快毕业的时候,才意识到我学物理不一定能够把自己肚子填饱。“偶然间看到了爱因斯坦的文集《自传小序》,虽然我有很多同学转行了,看完了爱因斯坦的书之后我意识到,我还是要做自己喜欢的事情,只要去做总是会有成果的。我也没见过爱因斯坦,但是他那两篇文章,确实是给我影响十分大的。”

  潘建伟给青少年建议,不要太在乎成功,当年同班有七八个高考状元,但只能有一个第一名,有人心情不好就不太正常。“我一进去就变成三四十名,但我心态很好。不要一天想背几百个单词。”潘建伟再次提到了自己在维也纳因为摘家长的野菜,再回到海德堡发现那个实验已经被别人提前做了,自己当然也很生气,但是毕竟自己做是因为兴趣,所以不用给自己太大压力。

  以下是对话实录:

  孟亮:老师们,同学们,网上在线的大小朋友们,大家下午好!我是孟亮,上达资本的创始管理合伙人,也是论坛的理事之一,今日十分高兴来到这个论坛,参加我认为意义不平凡的科学家和孩子们的对话,对话开始之前,给大家做一个简短分享。

上达资本创始人和管理合伙人孟亮与潘建伟上达资本创始人和管理合伙人孟亮与潘建伟

  未来论坛是一个什么样的组织,两年前,创始理事一半是企业家、创业者,另外一半是投资人,走到了一起,我们这群人都曾经想做科学家,没有做成,50、60、70后创立了未来论坛这个组织,就是为了崇尚科学者,宣扬科学家,以及科学精神。何为科学?英文science翻译过来,源自拉丁文听上去像先生,拉丁文直译叫“知识”,为什么不翻译成知识,而是科学?日本明治维新定义为科学,很简单就是分科的学问,但是这个远远比不上我们的祖先,我们老祖宗中国徐光济先生,用顾问礼记大学的格物致知,科学两个意思,一个格物,一个致知,推究研究事物,使之获得知识。我们今日宣扬科学精神,并不但仅只是获取知识的成果、结果,更是研究推究的精神。

  法国人类学家(英文)曾经有过一段话,十分经典的对科学家的描述,所谓科学家不是一个提供正确答案的人,而是一个知道问什么问题的人,难怪我们耳熟能详的很多科学问题是猜想,哥德巴赫猜想,黎曼猜想,实际上都是问一些问题,为什么这群人现在更要宣扬格物致知的科学精神,并视之为使命,因为我们认为我们的使命是为了你们青少年一代,我们成长的那个年代也宣扬科学,在我们所熟悉的并不久远的口号,学好数理化,走遍天下都不怕,在这个口号的号召下,我1990年去美国留学,第一个专业是数学。当时教育的重点在于目的,而不是过程,也就是要获取知识,最终的目的是为了学到知识以后有本领,就是谋生之路,难怪很多人走上了华尔街不归路。

  小时候最喜欢看十万个为什么,当时拼命地背十万个为什么的答案,没有注意到真正的重点是在为什么,问问题。我们特别强调了致知,忽略了格物,知识匮乏的年代里无可厚非,我们太缺乏知识了,获取知识已经是很重要的事情。

  今日世界上最大的教育机构是谁?不是清华、北大、耶鲁、哈佛,是Google,是youtube,很多孩子学东西是从这个上面学的,网上答案无所不有,人工智能有超强储存计算和学习能力,人类光靠获取知识、寻找答案,以及已知的答案,标准答案,已经远远不够了,学会问问题,推究事物,才是未来的核心竞争力。纵观历史总有一些奇思妙想和异想天开,被科学家变成现实,正是这种神奇的创造能力,美分美妙在改善我们的生活,青少年对周边事物充满好奇,敢想敢问,未来你们才是科学探索的主力军。今日十分高兴未来论坛终于把其中一个重点,放在不但仅是科学家上,还是科学家和青少年的对话上,正如今日潘老师在给青少年的寄语里说,科学研究需要一代一代传承下去,真正的希望还是属于年轻人。

  2017年未来科学大奖物质科学大奖获奖潘建伟老师,很荣幸能够捐赠这个奖,奖励潘老师在量子光学技术,通过加密密钥分发的安全通讯成为了现实,大家称潘老师为量子通讯的领导者。

  潘老师有一个简单的简历,潘老师出生于70年代,小时候是个捣蛋鬼,最早的时候作文考40分的分数,农村来的娃娃,居然到了中科院,成为了2011年那时最年轻的院士,直到今日成为中国离诺贝尔奖最近人之一。

  他也是十分独特的,全世界我认为他是第一个可以用我们中国传统文学里孙悟空两个法宝来介绍量子光学的世界上的第一人。以这么一份简历,简短地介绍了潘老师,希望潘老师给现场青少年儿童谈谈自身的经历,让大家知道您是怎么这一路走过来,当中所经过的一些故事和艰辛,以及今日所得到的成就。

  潘建伟:很高兴今日能够坐在这里,跟很多同学,应该是青少年,一起交流一下自己的想法。因为我一看到,就想到我自己的小时候,因为我小时候因为很有幸在农村里面长大的,因为我外婆没人带,我跟着我外婆,经常可以抓抓鱼,到山里挖挖果子、花之类的,所以小的时候一直过得挺开心的。

  这样我小的时候学的东西比较少,除了我父亲给我买一些童话书之外,我主要时间在野外度过,语文比较差。上初中的时候,父亲说,你到县城上学好一点,不要老是做野孩子,把我带到县城上学。第一次写作文叫做“最难忘的一天”,我就写了,我写了5分钟写完,最难忘的一天,戴上红领巾的一天,天气很好,阳光灿烂,戴上红领巾,成为少先队员,十分开心。我写完之后,为什么每位同学在勤奋地写,为什么花这么长时间,写作文是很简单的事情,为什么他们要这么辛苦。结果交上去之后,我只得了40分,40分的故事这么被传出去了。

  我在乡下没有学过作文,让小孩子玩,尽可能少学一点东西,比较开心,没有机会学英语,当时英语26个字母,对于我来说到了初中、县城上的时候,太困难了,怎么有26个字母,这么复杂,要按照秩序背下来。后来我跟父亲说,将来我也不想干什么,干脆英语别学了,后来我父亲让我学,当然英语学的十分困难。

  拼音音阶不行,用中文写出来,上课不敢回答,某一天把几个单词全记下来。有一天特别高兴,老师提问的时候,举手回答一下,老师很高兴,终于举手了,让我回答问题,问旗帜怎么说,船怎么说,都忘了,老师说不懂别举手了。那次确实很伤心,虽然前面十几年什么没有学到,第二年作文写得比较好,因为我童话书读的比较多,成为班上的范文,英语努力一下学的也可以,成为班上最好的。我有一个观点,平时很多时候学东西不怎么重要,需要的时候学一下也能够凑合。

  上高中的时候,到了周末,写作文,写作业不在家里,有的时候把作业带到山上去,我们那个地方是山区,从县城里走一两里路,爬到山上做作业,一直比较开心,后来等到高中,前些年正好有一次,我的老师把高中三年评语给我,这个学生比较聪明,但是不太守纪律,反正最后不太守纪律变成我当时不太好的记录。我很感动,当时中学老师把这个东西给我找出来了。

  上大学之前,大家都想学科学,当时我上大学的时候,我记得已经有机会,大家说可以去学管理,可以学经济的东西,但是有一次我跟我父母散步,我说到底应该学什么呢?我父母说,你自己想说什么就学什么,我说还是物理比较好,因为物理对我来说比较简单,因为不用什么记忆,就用一个公式,什么东西可以推出来,觉得学比较简单的东西很好,上大学的时候学了这么一个简单的东西。

  因为我这么多年经常被家里人抱怨,因为我很难记清楚我家里那条路叫什么名字,这条路到底怎么样,因为我大脑大多数时候处于比较清空的状态,所以物理是最好的,去旅行的时候,需要带的东西最少,把几样东西记下来之后,什么东西跟万花筒一样推出来,后来开始学物理,觉得物理比较好,我自己比较欣赏它到底妙在什么地方。

  后来上大学的时候,到大二的时候,本来物理觉得很简单,学量子东西不行了,觉得怎么有这样的胡说八道的东西。牛顿力学,电动力学,统计力学,所有的成绩都是95分以上,就是量子力学的时候跑了80几分,而且差点没有考及格。这里面很多平时印象达不到,第一次觉得地球是人圆的,觉得很神奇,怪异的结果永远不会消失的。量子力学更加奇怪,有一个基本规律,当你们看这个东西处于什么状态的时候,可以同时在这个大厅里面,如果你们没有在看着我,看着我就被你们锁定了,动不了。所有人、所有机器不再看我的时候,我可以到很多地方,我觉得这个东西是不对的。所以我想了很多年,我的本科论文就做这个,我一直想证明爱因斯坦的观点是对的,证明量子力学是荒谬的。90年代初开始的,92年做本科论文,到现在,25年过去了,实验过程当中反复证明量子力学是对的。所以现在为止我也很无奈,一直没有办法把这个理论推翻掉,或者干掉。我们发展起来一些有用的技术,这些技术就是慢慢后来被发现,可以有点用。

  所以我们前面从小到大做的过程当中都是好玩,觉得想去弄清楚一些问题,从来没有想到要它有用,后来发现它有点用,我是这么一路走过来的。

青少年代表与潘建伟合影青少年代表与潘建伟合影

  孟亮:小的时候开心,不守规矩,最好不要有人看着,还有成绩不重要,兴趣很重要,在座有四位同学,你们自我介绍一下。什么学校,为什么对物理感兴趣。

  高宇轩:北京四中国际校区高一,之前对微观物理很感兴趣,新的发展方向是微积分在电磁学和力学中的应用。

  苏子悦:北京四中初中部初三,我对物理的理解步入他们的深入,但是对我来说物理很美,大到天体,小到十分小的量子,十分神奇的,生活当中有这么多应用,我比较喜欢这个方面。

  赵天琪:北京中学高一,我十分喜欢物理,没有前面喜欢的几个方面,但是觉得很有意思,很有趣,研究这个方面很有意义,和生活息息相关。

  于泱木:来自天津中学,高二年纪,特别喜欢科学,喜欢物理学科,特别敬佩科学家的科研精神和科研经验成果,十分荣幸在这交流。

  孟亮:你们也准备了问题,有什么特别问题,不用按照次序。

  高宇轩:您认为新型通讯加密技术在未来的通讯发展之中起到什么角色?是否在其他领域当中得到更加广泛的应用。

  潘建伟:很早之前开始思考这个问题,几十万年之前,人类历史上两类人,一个是尼安特人,一个是我们的祖先,尼安特人大脑比较大,大家想这个头比较大,觉得这个人可能相对比较聪明,块头比较大,比较强壮,按照道理进化过程当中他们胜出,而不是我们的祖先胜出。然而,由于十分偶然的原因,我们祖先发明了语言,互相之间进行交流。如果发现我在自然界吃一种草,舌头肿起来了,下次告诉你不能再吃了,很多知识开始共享了。

  知识共享本身就是一种通讯,那个时候就是有互联网,互联网就是信息交流,就是通信,我们祖先发现了信息交流和语言或者文字等等,让我们能够形成一个网络,比较好地对抗自然界的各种灾难。从前的网是一个部落,一个小小的村,所以我们存活下来了,这一个十分重要的原因。现在听我的话的时候,不太知道,我很难知道你大脑里正在想什么,每个人本身都是有隐私,因为有了隐私之后,如果我可以把把你的思想看得明明白白,你的自由思想就没有了,科学里面是反权威的,没有边界,爱因斯坦把牛顿推翻,量子力学把爱因斯坦推翻掉,一代一代往前走。

  自由思想,几千年之前,诸子百家,大脑里到底是什么样的东西,大家不知道,所以隐私很重要。人类社会进展为什么各种各样的思想,思想百花齐放,因为每个人心里想什么,父母不知道。信息交流希望能够变得十分充分,至少能够进化成功,按照目前的理解,很大得益于信息交流。但是真正的信息安全可以追溯到将近2700年前,当时古希腊人,就有加密术,古罗马,凯撒大帝也有加密术,计算能力够的话,可以进行破解的。十分有名的二战的时候,德军专门搞了一个加密手段,当时十分好,盟军不能破解,后来有一个图灵设计了一个机器,密码全破了,没有告诉德军,德军的潜艇要去攻击英国某个舰队,到底要不要通知舰队,避开航线,因为马上要在诺曼底登陆了,没有办法,为了大家需要,可能有些人撤走了,船该炸就炸掉。德军还是很高兴,还是用这个密码进行通讯。结果兵力部署全部被盟军知道了。用这种方法,拯救了几十万战士的生命。到底是不是人足够聪明,设计一组密码,让大家破不掉。上世纪80年代,科学家说用量子奇怪的现象,设计一组密码,量子密钥分发和量子通讯,让大家破不掉。将来银行转款也好,各种信息保护掉,量子信息十分重要,有一些手段别人破不了,这种角度十分有用。

  不然忽然接到一个电话,别人用巧妙的办法冒充你妈妈的声音,你妈妈说让你什么时候把钱打到哪,接了电话相信了,有了加密前面有一个口令,先输一个码,跟声音无关,一收到就知道这是真的。当然这个技术,信息能够在网络里面走来走去,其实手机也是一个网络,电脑也是一个网络,这种东西将来可以用于计算。下午在这里有一个量子计算的论坛,可以用这种手段发展出十分好的超级计算的能力。

  如果一百个小颗粒,叫做原子,计算能力比全世界计算能力总和加起来快一百万倍,不但能用于通讯,而且用于计算等等。这种角度上来讲,预示着一种新的IT技术手段,比较有用。

  孟亮:同学们问的问题十分好,通讯加密给我的感觉,更有点像数学、计算机学,怎么跟物理连在一起,怎么会想到从物理的角度去钻到这个领域去,什么背景?

  潘建伟:不是我想到,理论方案不是我提出来,我们主要把理想变成现实,为什么这个方案不是数学家提出来,而是物理学家提出来。这个房间三个开关,隔壁房间三个电灯泡,正好三个开关控制。能不能证明一下,到隔壁发现,哪个灯泡和开关连在一起,对于数学家来说是无解的,他就觉得除非是开一下那边亮了,然后另外开一下。

  孟亮:只能给概率,无法真正知道答案。

  潘建伟:物理学家可以用物理规律,怎么弄呢?

  高宇轩:开一个灯很长时间,关掉,开另外一个灯,摸哪个更热。

  潘建伟:有一个温度,量子密钥安全基于物理规律不是数学规律,让我们得一个便宜,物理学家先把这个方案设计出来了。

  苏子悦:我对您有一个问题,爱是必须吗?或许爱是特质,人类起源能被解释,感情是不是能够被解释呢?这个跟量子有什么关系?

  潘建伟:这是我的量化愿望,也是我的信念,按照道理,物理学家本身应该相信实验证据。大家看过一个科幻片《云图》,有一个物理学家,讲过一句话“我的舅舅就是一个量子物理学家,他十分相信自然界的物理现象”。现在不能证明,也许某一天能够证明,搞生命科学的人其实做过一个实验,他们发现部落里面互相的关怀本身,其实是一种需求,而且让你能够生存下来,十分重要,但因为现在基本上大家都是说宇宙是独立于我们而存在的,也没有上帝在,至少我不相信上帝,也没有人格化的天神在,这么一来,你做什么,从某种意义上来讲,做什么都可以,没有上帝在,没有因果性,干了坏事,不被别人知道就没有什么关系。目前很多观点来讲,爱也没有关系。

  父母对子女的爱是天然的,父母对子女不爱的话,我们进化的时候,对小孩不关心,小孩全死光了,不爱下一代人,没有后代了,子女爱不爱上一代呢?不一定了。为什么中国古代制定很多孝顺的道理教育大家爱上一代,当然道理可能没有这么简单,也没有办法解释,只能这么讲。

  至少量子力学之前,我们没有办法来回答,为什么我们是有我们的存在的。十分有意思的,光靠牛顿力学,我们知道时间是均匀的流逝,空间也是均匀的,所以我们永远存在下去,一代一代的。为什么?怎么来的?搞不清楚,圣经里回答过,中国盘古开天辟地回答过,有了量子力学之后,宇宙大爆炸,有一个奇点爆炸了,第一代恒星燃烧完了,变成中子星,中子星碰撞产生重金属,进化出第二代恒星,产生现在的太阳,才能有生命,没有重金属目前生命很难存在的。从高温世界进化,把我们进化出来了,某一天忽然说我们回过来看看宇宙是什么样的,本身是要经过很辛苦的过程。我们这么多粒子碰撞,组织成潘建伟,我们还能坐在这个地方说话,概率很小。概率这么小,坐在这里能够聊天,这是很大的缘分,是不是得珍惜一下。我没有办法从理论上来证明爱是必须的。所以我问这个问题,也许等到某一天方程可以算出来,爱是方程本身的必然需求,自然界里面虽然量子力学这几个规律本身要求你是这样的,但是这个现在还不知道,我只是说从宇宙开始进化,进化到我们现在,从前没有生命的,进化到高等生命,然后回国来看这个世界,研究这个世界,本身就是一种十分神奇的事情,就会产生一种敬畏之感,整个银河系有数千亿颗恒星,地球十分渺小,整个世界有数千个银河系,我们地球只是一个灰尘,十分渺小,从这个角度确实产生敬畏感。这只是我的理解。

  孟亮:我小的时候学的物理很枯燥,几乎不用问太多问题,老是在推演、计算,天天在背,为什么在潘老师这里就是一个十分神奇的东西,因为他不断地在问问题。物理跟其他的学科完全都是连在一起的,物理跟爱都连在一起了,所以小朋友们,这个不是真正的叫你明天去考试,就是要格物,就是要问,怎么问问题很重要。

  赵天琪:我想问的问题是关于量子感应,这个神奇的现象,它在未来还能投入在哪些方面的应用,因为您是研究量子卫星的,这个特点用在量子的空间信息交流,另外还可以应用在什么方面?

  潘建伟:物理学家相信客观世界,是唯物的情况,你讲的这个量子感应,是不是量子纠缠。我当时被这个东西搞糊涂,被两个东西搞糊涂,我上大学为什么被这个事情搞糊涂。第一,量子叠加,我们每天的生活当中,这瓶水要么放在桌子上,要么放在地板上,不会同时在两个地方,氢原子不一样了,就是原子核,外面电子在跑,电子在跑的时候,不但可以处于激态,第一激态,还有激发态,能量高一点,或者往外面跑。发现某些时候粒子不但可以在地板上可以在桌子上,能量高一点,低一点,两种状态同时存在,这是量子力学里面的基本现象。什么时候会有这种现象的存在,前提就是你不要去测量它处于什么状态,这样讲起来比较抽象。

  例如去欧洲旅行,飞回北京,假定两条航线,一条航线从莫斯科过来,另外一条航线从新加坡过来,从欧洲回来,到北京,因为在飞机上比较累,睡着了,你妈妈去接你的时候,她说这次从莫斯科航线过来,还是从新加坡航线过来。左半边感到十分温暖,右半边感觉十分寒冷,又冷又热。胡说八道,睡着了,弄不清。结果很老实,每次回家睁眼不睡觉,飞了一万次,有五千次发现看到莫斯科的红场,五千次看到新加坡的狮子,圣淘沙里面有一个狮子,感到浑身温暖,你觉得很放心,原来第一次坐飞机搞错了,只能在某一条航线上,不会同时在两个地方。以后出去又睡觉了,发现只要睡着的时候,每次到北京都感到又冷又热的感觉。这个时候麻烦了,为了解决这个现象,量子力学观点,当你没有看自己在哪条航线,同时处于两个地方的叠加。我坐飞机也睡觉,醒来没有感觉又冷又热,因为你在睡觉,旁边的人可能中间醒来,他没有睡觉,他看看我们在哪里航线,你睡着可能空姐没有睡,或者飞行员没有睡,只要到什么时候出现叠加现象,整个宇宙当中,没有任何一个人、没有一个机器告诉我们,你是在哪的时候,可以跟分身术一样,在很多地方,每天生活当中不可能发生的。

  微观世界的时候,其实空气当中很多原子,光照过来,其实也是照不到,如果照到应该可以看见,为什么没有看到颗粒,因为很多东西照过来的时候,跟原子没有相互作用,所以大气当中飞的时候,很多原子同时在很几个地方,这是微观世界每时每刻都存在的,这个叫做量子叠加。但是这个够奇怪了,当时想一两个月没有搞明白,这是不可能的事情。

  爱因斯坦又提出量子感应,更奇怪了,例如说我这里有一瓶水,我跑回合肥,你在北京,我发现你把这瓶水拿了扔一下头朝下,我打电话,你那瓶水也朝下,果然是这样,我再一扔,我这边朝上,你那边也朝上,这个叫做量子感应。更奇怪了,相聚这么远,

  木子和量子卫星相距1206公里,结果测量子状态,这边是什么,那边就是什么,这是量子感应,可以做量子密钥分发第一种。一个粒子处于两种状态,两个粒子有四种状态,如果每天生活当中,例如现在有六个人,每个人只有一种状态,某个确定的时候总共只有一种组合,2的六次方当中可能,但是只能处于某种状态,量子世界当中,每个人又可以坐凳子上,可以坐在地板上,同时两个状态都有,2的六次方,粒子数量越来越大,2的一百次方的时候,计算可以算得十分快。这个体系悄悄看一下,发生了变化,利用变化感应能力,可以做一种量子传感,会做很好的精密测量,它的用处不但在通信、计算上,还可以用在精密测量方面,都是十分有用的。

  于泱木:终极安全通信可以通过量子密钥实现,目前量子密钥已经应用在哪些科学领域了呢?

  潘建伟:目前应用还是小范围,京沪干线,叫做技术验证和应用示范,现在每个人都在用光纤网络了,但是刚开始的时候,因为光纤尚未布好,所以使用范围比较小,例如在两个大学里面,光纤连一下,慢慢地把几大学城连起来,美国东部、西部连起来,后面越洋连起来。量子网络目前也是在经历这么一个过程,首先投入使用之前,因为你要证明给大家看,怎么是安全,你手里有量子电话,我给你打了之后,告诉你是安全的,但是感受很差,怎么证明是安全的。所以京沪干线建设好之后,要经历一个过程,让大家破解、攻击、打击它,找到尽可能多的漏洞,形成一系列的标准,有了标准值后,可以来说服大家来使用。目前是试用,而不是正儿八经用,我们通过军民融合,例如银行,阿里巴巴数据库的数据中心传输等等,另外比较有趣的,目前我们跟国外的使馆怎么联系?派两个信使,你们两个拎着密钥,坐飞机跑到纽约,密钥送过去,每年送一些密钥过去。这一年没有办法更换了。

  你们两个去的时候,为什么两个人?防止一个人悄悄地打开看一下,密钥就失效了。坐飞机不能睡觉,上厕所要跟着,一直要这样。所以十分麻烦。用了量子密钥分发手段之后,我们可能在纽约使馆,总领馆顶上,装光学天线,木子飞过去,每秒钟往下发射几万或者几十万的密钥就可以了。这个三五年里面,很近的未来可以用了。

  船出海的时候,怎么跟国内进行联系,南海的岛礁怎么联系,这些应用十分快了,前期成本十分高了,可能要到手机上,到家里都有,需要十年甚至十五年,这么一个时间。将来银行的转款,平时什么东西都可以比较好地得到保障了。

  高宇轩:十分敬佩您在生活当中用的十分常见的例子,把物理具像化,让我们简单易懂。还想提出一个问题,了解到您在国外留学期间,曾经师从一位世界顶尖的导师,对于即将出国留学的我们,希望您提出建议和指导。

  潘建伟:这个我确实是觉得这个问题十分好,我记得当年,好多同学出国的时候,有两类,一类先找那种最有名的老师,哪个老师有名就找谁,当然我不能讲,例如说我的同学也好,师弟也好,这个找了诺贝尔奖获得者,那个找了十分有名的,也是美国科学院院士,但是我当时觉得他们的年龄相对比较大了,六七十岁了,科学界是年轻人的世界了,我当时想不能这么干,也许我找到很有名的老师,但是他所做的东西,可能已经比较稍稍地离开前沿,有一定距离了。当然这是我自己比较质朴的想法。我当时老师国际上比较有名气,不到50岁,我研究论文的时候,发现他正好处于比较活跃的阶段,实验科学跟数学不一样。华罗庚先生讲,你几岁,28岁,再过两年没有戏了,为什么菲尔斯奖励有一个年龄限制,过了40岁不行,物理学家四五十岁还能在科学第一线。当时两个选择,一个是十分有名的老师,快70岁,我这个老师40多岁。后来我经过研究之后,觉得还是跟这个老师比较好一点,也不用太注重是哪个学校,因为我当时出国,我去了欧洲,我去了小城市,因斯布鲁克,当时三个教授成为沃尔夫奖的获得者,是诺贝尔奖的风向标,当然三个领域,后来哈佛大学、MIT毕业的博士,到那里镀金,再回到MIT、哈佛当教授。选择导师的时候不一定看他特别有名,也不一定看大学特别有名,关键是学科要真正让你有兴趣,我觉得这个是十分重要的。

  孟亮:这一路走过来,能不能回忆一下,有什么关键人、关键事在关键的时候起到一些作用,使您能够一路把这个科研工作推进到今日?

  潘建伟:面对一些问题的时候,总是要面对一些现实压力,我高中上大学的时候好一点,很多人学物理。现在据我所知高考状元基本上去清华北大学经管,当然这个也很好,国内有一种风,大家觉得数理化很好,高考状元搞数理化,觉得经管好都学经管,高考状元最后不一定发展都特别好。某些特殊情况下,遇到生活压力,我学物理,本科快毕业,很难找到饭碗,可能自己都养不活,爱因斯坦自己没有办法到专利局当专利员,当时很多人给爱因斯坦写信,我喜欢物理,能不能每个月给我多寄点钱,爱因斯坦说不行,要学物理,必须把肚子先填饱。学理论物理有一个尴尬境界,失业了,自己养不活,不能再让父母养活我们,有一段时间很苦恼。我记得刚上大学的时候,另外一个到合肥考博士,最后回到自己原来做的东西,不是每个人都适合做物理,他收集了很多爱因斯坦的书,所以我当时把爱因斯坦文集拿过来了,后来悄悄地说,你把这个书给我算了,建议大家读他的两篇文章,相对论读起来比较难,哪怕对高中生来讲,他的自传小序和“探索的动机”,庆祝普兰克60周年生日讲的一些话,这个人只要随着自己内心需求做一些事情,只要去做,总是最后会有所收获。还是要做自己喜欢的事情,慢慢去做,总是会有点成果的。

  我当时感到特别困惑的时候,很多同学全转业了,全干各种各样的事情去了,因为我确实喜欢这个,只要肚皮能填饱,先去干这个,后来干着干着比较好。我也没有见过爱因斯坦的,但是后来我觉得他那两篇文章确实给我印象十分深的。

  孟亮:当时我90年去美国留学的时候,在美国看到很多得奖学者,中国学生处理都是物理、数学、化学高端人才,的确有谋生压力,有经济压力,很多人转行了,稍微幸运一点,英文说的好一点,转行去了华尔街,相当一部分坚持在高校做科研下来的,这是一个很艰辛的,也是坚持自己的兴趣坚持到底的,真正能够在科研上做出成就的。

  提问:尊敬的潘老师您好,我是一名小学生,从小对科学方面知识很感兴趣,长大我想当一个科学家,我要向你学习,做一个名副其实的科学工作者,你现在的工作是什么样的?现在开心吗?

  潘建伟:十分高兴小朋友学物理,我是浙江的,浙江物理作为备选一门课,大多数人不选择物理作为高考,这是很大的问题,有人喜欢物理,我很高兴。学物理本质上教会你处理事情的一种建模能力,我特别呼吁希望能够把物理恢复起来。

  现在有点忙,但是总体上来讲,我还是很开心的。今日在中国科协上午开了一个会,怎么宣扬科学家的形象,是不是科学家形象整天十分苦恼、蓬头垢面,好像给人感觉特别苦、特别累、特别辛苦,这样就没有人愿意来干物理了。

  我是这样,当然人还是要负责任的,我是比较喜欢过相对来说不要有太大压力的,比较悠闲的日子,当年2003年的时候,本来我想尽快早一点去海德堡,去德国,发展量子存储的技术,因为我自己特别喜欢维也纳多瑙河边有荠菜,我们东阳老家荠菜很好吃,多瑙河边也有荠菜,我走了之后,再也采不到荠菜了,拖拖拉拉,好几个月,本来应该3月份去德国,到7月份,春季采完之后,然后再走,当然后来耽误了一个实验。

  十天做下来什么进展也没有,会拼命到实验室做,忽然今日把实验做完了,十分好,今日任务已经完成了,一看今日天气不错,我赶紧把实验机器关了,跑到多瑙河边散散步,躺下来,晒太阳,唱歌,很开心。这样回来之后做工作更加有效。不能把自己搞得太疲劳了。

  例如我小的时候做作业,带到山上去做,做事情一定要比较开心地去做,做工作也是比较开心的,做出来,写出来的文章也是比较开心,不是苦恼,让人觉得文章看起来十分苦恼,其实做科学还是很有意思的。例如我们在兴隆,我们现在还做相关的实验,网上量子卫星过来的时候,我们拍的照也是十分漂亮,今日当然照片没有带过来,十分有意思的事情,所以做科学的时候还是注意休息的,如果一点休息都不会的话,至少我的观点,我觉得科学做出来不是特别有意思。

  孟亮:为什么挑这个问题,这个问题问的十分好,大家有没有感觉到,听潘老师讲话的时候,感觉不是一个年纪很老的学术泰斗,而是充满童心,看到还是当初东阳山上开小差的那个孩子,这种童心才能把科研往下做。

  我国的量子光学卫星在去年酒泉卫星发射场发出去,量子光学卫星到底是什么东西?发射出去对于我们国家的光学试验到底有什么帮助?

  潘建伟:在外面大家看起来比较有意思的一点是跟加密相关的,其实还做了另外两个事情,一个跟科幻故事一样,是量子态远程传送,像孙悟空的筋斗云一样的原理性实验,但是有几位前辈翻译成量子隐形传态。

  就是做遥远地点之间的互动,需要做这样的事情,未来可能能够探索一下所谓的时空结构,因为我们平时的理论都认为,我们的时间和空间是光滑、连续的,但是到了有一些新理论里面,他们觉得假定,我们的时空本身是弯曲的,广义相对论告诉我们的,甚至时空可能像小颗粒一样离散的,空间不是连续的,也是一个一个跳过去的,时间也是跳过去的,为了检验效应也是需要发射量子科学实验卫星,不是量子光学卫星,肩负两个使命,一个量子通信走向实用化,密钥扔到每个船上、每个使馆、每个实验目标上,同时检验将来的时间和空间到底是不是有普兰克时间。

  当然有人骂我,我为了通俗一点,我说我们的量子隐形传态,忽然在某个地方消失,可以在很远的地方出现。别人说这伪科学。我虽然不能证明人可以传,现在做不了,但是可以证明送几个粒子、几个原子组成状态,甚至几百几十万原子状态,现在已经可以做了,将来可以某一天用这种方式做旅行,没有人能够证明这个不可能,科学告诉我们,只要原理上不是否定它不可能,最后早晚都是能做成的,千里眼、顺风耳西游记里讲的,最后手机就是。相对论,天上一日,地上一年也是可以实现的,量子可能成为我们的旅行方式,将来也许会发现新的规律,大概这么几个用途。

  孟亮:有没有可能用量子密钥联系外星人?

  潘建伟:不太可能,联系外星人不一定用量子密钥,本来电文不一定看得懂,密钥加密了,更加搞不清楚在说什么。

  孟亮:剩下时间留给现场听众。

  提问:杨振宁教授说过,物理学发展到极致就是哲学,哲学发展到极致就是宗教,牛顿以及其他科学最后也信宗教,不知道您是否认同这个体系?

  潘建伟:我不记得杨先生讲过这样的话,他当着我的面这么讲的,我这个版本可能比较精确一点,科学往前进一步,宗教往后退一步,科学进一步,神学又往会退一步,但是科学解决了有限问题,宗教最后总是无限,可以一直往后退,后面还是一个无限的。我们牛津大学副校长,也是做量子方面研究,他是十分虔诚的基督教徒,我问圣经里面的问题,真的相信上帝创世记,真的相信人死了能上天堂吗?觉得可以讨论。只要可以讨论,又回到科学里面来。他前段时间来北京,搞过论坛。

  看爱因斯坦文集,很多人说他最后信神了,其实不是,他讲的很清楚,小时候信宗教,人害怕,生出来之后,将来怎么样,会很怕死,小时候我母亲抱着我,看完电影回家,路上很黑,我说有鬼来怎么办?我母亲说,哪怕死了,可以重新投胎,我觉得很好,很安定,可以转世,是永恒的,不怕了,人活着走向宗教,为了让心灵上得到一种安全感,或者一种安宁,或者一种解放。爱因斯坦也是本来特别希望能够找到这种感觉,所以他是一个小时候十岁之前十分信教的,但是他到到十来岁,学了欧几里得的几何原本,学了现代科学技术,说宗教天堂都是骗人的,用很好的语言伪装起来的,别人问到底信不信上帝,他说不信人格化的上帝,但是我觉得有造物主的存在。有些人曲解。牛心目当中的上帝可能跟牛长得差不多,教堂里面的上帝跟人长得差不多。我看过一个片子,我的神,神都是人造出来,不信宗教不就无法无天了吗?不是的,造物主多好,饿了可以吃,冷了,有棉花,穿上衣服,吃饱了发现有音乐可以欣赏,这些东西背后没有规律不可能,如果认为这种东西当作是一个上帝的话,我觉得也没有什么关系,这是造物主,自然界是有规律的,所以从这种角度上来讲,我是信仰,我证明不了,我也认可这种句话,爱也是一种自然现象,不能简单地把这些东西联系在一起。

  经常一些困扰的问题,别把老是把量子力学跟其他的问题联系在一起。朱校长关于量子力学所有描述,都是无可辩驳,他解释一下,说量子力学爬到山顶的时候,佛山已经在山顶等我们了,我不是特别认可的,量子力学可以算东西,可以算小数点后面十几位都是正确的,当然佛学是十分好的,我叫做学,我们叫做佛教,也是观点十分好的一些观点,你来算一下氢原子能谱是什么,算不了。两者有联系,但是不同范畴的东西,还是无限的,科学只能解决有限的问题,我们能力是有限的,我只能说我能解决这些问题,哪些问题我现在不清楚,不清楚的问题,就让宗教先暂时先解决一下,等到将来科学进步了,能够再往前解决。

  提问:如何用量子学解决人类给自然环境带来的迫害,例如雾霾、海洋、垃圾这些?

  潘建伟:我是比较乐观的,现在比较可怕的说,忽然每个国家的元首都是由希特勒在掌握的话,大家开始原子弹乱扔了,地球就毁灭了。大家经常十分担心,为什么有些人害怕,害怕崇尚自然回到野外生活,这也是害怕在里面,科学把生活都毁了。至少目前为止科学还是带来的是好处,至少我的观点是大于坏处,先不讲心灵的问题,心灵问题目前还解决不了科学。另外,我们大的方向,如果我们核聚变的问题很好解决,能源问题解决了,人工智能如果真的很好解决的话,我们有足够的能源的话,可以造出很多机器人来替我们干活,再如果生命科学有很大的进展,我们又活得比较健康,我们很舒服,我们每天吃饭、聊天,讨论一点科学前沿问题、哲学问题,不用忙着做自己不喜欢的事情,这个是比较好的。这里面所谓的基础和前提都是物质科学。所以我特别希望将来在座的好多人,有些去搞生命科学,有些搞能源科学,能源最重要,最后归结成能源,如果清洁能源之后,雾霾问题自然解决了,说一千道一万都是能源不够清洁,能源问题一定要解决,让大家过得比较好,做更多的事情,人工智能和信息化肯定要做到,另外就是找生命科学,让大家活得开心、健康一点。不应该是物理范畴,但是基础都是一样的,应该我们还有时间、还有希望,肯定能解决。

  提问:您在研究物理的过程当中,有什么心得体会?您为什么对物理感兴趣?

  潘建伟:要做实验,要有头,要有手,光有头不行,实验做不了,如果没有头脑,要做什么,也不知道,其实我们这里面有好几个做实验物理做得比较好的,他们的出身都是理论出身的,朱棣文、丁肇中,华人科学家做实验物理做得很好的,他们都有很深的理论功底,看得比较远,要有脑。手要比较精巧,我刚做实验的时候,做了十几分钟已经浑身是汗,要调功率很精细的东西,略微动一点,信号没了,我当时摧毁了很多东西,杨先生做实验,他到哪,爆炸到哪,后来搞理论了。我手的稳定度,达到几十微米,现在不行了,好几年没有做实验了,我很骄傲,放个东西,达到四五十微米,熟能生巧,所以要有头,要有手。这是从大的方面来讲。

  第二个比较重要的是不要太在乎成功了,我当年进科大的时候,好几个学校,北大和科大最好的,我上大学的时候。我们当年同班七八个高考状元,只有一个第一名,有些人心态不好,得神经病了。我心情很好,刚进去三四十名,我觉得没有什么关系,自己用定劲就行了,心态要好一点,自己一方面定一个比较好一点的目标,某个特定时刻,不要这个目标三天两天要完成,别人能干一点,英语单词一下几千几百个背下来,一天就可以,我可能得背十天才行,不能要求别人能一天背几百个单词,你一天干的,我花十天干的,别人在玩,你多积攒一点时间,对自己要求不要太高了,不然的话,做实验真的很生气。

  我在维也纳摘荠菜,忽然发现海德堡一个实验被别人提前一两个月做出来了,我当时很生气,如果心态不好,心理可能就会有一点问题,一方面要有比较远的目标,另外要有恒心慢慢去做,但是做不成的时候,反正我为了兴趣,我下次再来。这个我觉得是很大的经验。

  提问:理论物理和应用物理两个方面各自不同在哪里,对于他们俩的解释和印象是什么样?

  潘建伟:有一次我正好跟几个人讨论,为什么觉得中国科技方面有些问题,中国要么构建很伟大的理论,要么就去做十分实际的东西,例如造出一个东西来,要么追求极端的实用,要么追求极端的理论性,所以慢慢中间就会有一条鸿沟了。实际上理论的进展、应用的进展、技术的进展密不可分。当年如果没有伽利略,因为偶然的原因,他用我们的镜片造出一条望远镜看星空的话,开普勒不可能积累那么多数据,来让牛顿把万有引力定律综合出来,所以当技术没有达到一定程度,理论只是空想,搞数学可以,可以自己坐着想就行了,不用太来考虑现实世界是什么样的,所以数据没有的话,很难来建立新的理论的,所以在我看来,这两者是密不可分的,它是一个交叠的过程,所以我觉得两者都要注重,平时多做一点实验,多学一点理论,两者要平衡得比较好。

  提问:刚才各位有很多跟人生、雾霾有关的问题,请教比较专业的问题,我没有学过量子力学,高中的时候有接触过一些,例如量子纠缠,大概把纠缠态的两个量子分开在空间上有一个距离之后,对一个量子A施加一个干扰,然后再去观察B,他们会出现同样状态,我们现在在做通讯也是根据这个原理来的,但是这个反应好像是一个瞬时反应,他们是绝对同时性的。但是相对论当中又说,因果律不能颠倒,他们之间的关系最快不能以光速传播,所以我想听您比较深入浅出的解释一下里面的关系,就是瞬时性到底是怎么样的情况?

  潘建伟:为了讲清这个现象,它其实有两种观点,一种叫做爱因斯坦局域时代理论例如说这两个粒子分开很远的时候,测量A,可以知道B的值是什么,例如你在清华,我在科大,我测完我手的粒子,给你打电话,测量一下你的粒子什么,相对论告诉我们,deta T乘光速C,正好小于两者距离,能量传递最好速度就是光速,能量没有办法传过来,对你没有影响,可以精确预言你的值,爱因斯坦观点,这个数值没有测量值前就存在了,它到底几斤重,或者处在哪个位置,没有测量之前就存在了,它的性质在于你有没有测量它没有关系。量子力学告诉我们,本来处于十分态,性质不确定,测量它的时候,瞬间自动决定它的状态,这两种观点到底谁对,从前说不清楚。29年之后,有一个高能物理学家推导一个不等式,有两朵花,两朵花处于纠常态,装到黑匣子,你相信没看之前,这个花一定有颜色吗?总共两种颜色,我说白色和黄色。这朵花也有香味,一种玫瑰,一种桂花,爱因斯坦说,这个花没去闻之前,花的香味应该存在了,颜色没去测量之前,花的颜色也应该存在了。这是你的观点,你的观点,我们来测速小于等于2,量子力学认为花本来没有颜色,不确定,香味也是不确定,我测它的时候颜色和香味才确定。我们来做实验,分1200公里,量子力学说,量的值可以到2.828,结果我们测出来是2.37,正负0.09,比2大,证明爱因斯坦理论是错的,不能认为看这个花之前有确定有颜色,不确定能闻花之前,认为有香味,这是量子力学基本观点,有这个观点可以去测,测出来之后,发现量子力学的观点是对的,到底测它的的时候,有没有瞬间影响,波尔说没有关系,我只是决定了颜色,并没有什么信息传过来,并没有什么能量传过来,所以这个东西跟信息本身是没有关系,跟能量没有关系,你放弃爱因斯坦观点,这边测完,并没有瞬间影响它的状态,他是你测量的时候决定的,决定的并不意味着有影响。本来是2,后来是2.37,正负0.09,比光速快的多瞬间相互作用传过来,不相信这种东西有,放弃爱因斯坦的局域时代论,承认量子力学的非定义性,没有瞬间的超级作用传过来的。有的时候别人网络方面理解错误了,量子纠缠证明相互作用,没有,放弃了爱因斯坦观点就没有,接受了爱因斯坦的观点就有,现在是宁可放弃时代论,不愿意放弃局域论。

  孟亮:今日对话环节到此为止,十分谢谢潘老师在获奖的今日能够跟青少年做一个十分真心、十分坦诚的沟通,希望青少年朋友们学到很多,更重要的是培养兴趣,献身科学。谢谢大家!