开讲啦郭光灿演讲稿:邂逅神奇的量子世界

很高兴有这个机会,来跟年轻人讲关于量子世界。所以现在呢,大家会觉得刚刚讲的这些话都很奇怪,怎么这个人两边都一块儿走,一定很奇怪。谁都感到奇怪,所以很不例外,你奇怪是对的,是正常的,不是说你不懂,而是你懂也是这样的。所以你现在呢,跟着我回到40多年前,我带着你到量子世界体会下这种科研的旅程。

打开科研旅程的第一道门——量子光学。
我是1965年从中国科学技术大学毕业,留校工作。那么我搞科研的第一件事,就是要选什么研究方向作为我一生当中科学事业的起点,这一点我要做判断。这个怎么选,我当时的原则比较简单,我就根据我的兴趣爱好,来选我这一生想干什么。在大学里,我学过量子力学,我说如果把量子的理论用到研究光学的现象,那么会有什么新的现象?我就到处找,国内没有,我说我就把这个当成我的一个研究方向,于是我打开我科研旅程的第一道门,就是量子光学。

打开这道门以后,我就去问国内那些搞激光物理、激光技术的这些老前辈和同行,征求他们的意见。他们所有人给我的回答都是,量子光学在激光物理不需要,不需要量子光学,量子光学搞不出什么名堂来,你不要去搞这个。这确实是个冷门,在国内根本听不到这个量子光学的声音,选冷门作为研究方向是要冒险的,可能一辈子什么都做不出来。但是我当时想的不太多,我出于好奇,我还是坚持搞量子光学。

恰好到1981年,教育部有一个出国的考试名额,到加拿大多伦多大学进修,当访问学者两年,我考上了。当我到国外以后,我才发现,量子光学在国际上已经是一个很重要的学科方向,而且搞了20多年了,它的基础理论都已经很完善了,我们国内还是一片空白,这个差距有多大。所以那两年,我就发奋地去学习、看资料,还要做工作。

如何填补我国量子光学的空白?
1983年底回国了,我就做两件事。第一,我要培养量子光学研究生,我就把国外两年的资料,我学的东西,写成一个讲义,开设量子光学课,到现在35届,一直开下来。第二件事,我要召开国内的量子光学会,国内什么学科都有会,就量子光学是个冷门,没有学术会。学校还不错,给我2000块钱筹备这会,但是有了钱还不行,当时跟现在不一样,那时候不是民政部批的学会,你是不能够私自开学术会的,那是非法的。这就麻烦了,怎么开?我们想了个主意叫借巢下蛋,激光专业委员会要在安徽开一个年会,我们就打着激光专业委员会的名义,去发通知,把我们的会寄生在他的会议后面,他开完了我接着开。这就是第一次量子光学会议,就这么诞生的,就在那儿开。

开会的人呢,来了三十几个参会者,多数不搞量子光学,只是听说有这么个会,他就感到很有兴趣,然后就来了。这个是当时会议留下的唯一的照片,你们能看出我在哪吗?这个就是我。所以这是第一次召开了量子光学会,尽管大家都不太懂,但是会议讨论很热烈,中国的量子光学会就此诞生。以后我们每两年开一次,开到去年是第十八届,已经有600多人参加了。

量子光学这个学科在国内已经起来了,量子光学这门课已经是很多学校的必修课,所以这个空白我们填了。35年前种下的那一颗量子光学的种子,在我们国内生根发芽,开花结果。所以我要说,科学家的任务是什么,我们科学家唯一的任务,就是探索客观存在的宇宙演化那些规律,这个就是我们的任务。一个纯粹的科学家,他应该心无旁骛,客观地去研究世界,在这个研究当中,他会发现很多他想象不到的东西,他没想到会这样,但自然就是存在,比我自己想象的还要好。

人生科研旅程的第二道门——量子信息。
当然,这是我科研旅程当中的一小步,我最希望的是在科研上能够做出更重要的成果,能够做到一流的水平。但是量子光学落后人家太长了,20多年,我们虽然做了一些工作,但你很难去超越人家。所以我一直在想,我应该从哪儿做突破口,工作能够做出比国际更好的成果,必须找这样的突破口。一直在想,所以在九十年代初,我就找到了一个这样的点,我就要找的那个点。当时有一个新兴的交叉学科,在国际学术界悄悄地刚生长起来,还不引人注意,但是我一看,眼睛就发亮,这就是我要找的一个突破口。于是我就打开我人生科研旅程当中的第二道门,就是量子信息。

为搞量子信息,先成了“借钱大户”。
但是当时量子信息刚诞生,不被大家看好,在整个学术界里它不是主流,在国内更是没有人关注这个事儿。所以我的第二道门一打开,又是一个冷门。但是我坚信量子信息很有前景,将来一定有很大的作为,我们切入进去,我们就有可能突破;还有一个很重要的因素,说量子信息诞生以后会产生量子计算机、量子密码,对国家非常有用。所以我认为,这就是我要搞的方向,我认为量子信息,最有颠覆性的用途,是量子计算机。我确定了以半导体量子芯片作为量子计算机的一个主攻方向,这就开始搞。

半导体量子芯片是很难搞的,它需要一套非常麻烦的加工的设置。一般的这种微钠加工,都有上亿的资金才可以,我又没有钱,所以我就把自己的钱收了,还不够,我就到学校去借,我借了800万,800万加起来也不够买那套设备。所以我们请美国朋友在美国买二手货,修修就能用。我们就很快地建立一个自己能够加工设计量子芯片的设备,然后就从零开始做。

做到2011年,机会来了,科技部要立一个量子信息的超级“973项目”,我们就中了。拿到了这么大的项目,我们校长当然很高兴,校长高兴之下,就给我奖励,1000万,但是呢有个条件,你把那800万还给我,所以我这还了800万,还有200万,也不错对不对。所以我们就做了量子芯片,到现在我们在这个量子芯片上,基本达到国际上的一个最高的水平。

量子探索永无止境,第三道门已经开启。
我坐了20年的冷板凳,最后迎来了我们国内,这样一个量子信息非常发达的景象,然后人才辈出,成果累累,作为一个启用者,我心情是非常开心。现在看我们国家,在国际上很有分量,我们大概是属于国际上第一梯队,最好的那个梯队里,在某些方面呢,我们还可以超越人家,比人家强。那么年轻人起来了,我们实验室的年轻人也非常多,所以我就慢慢地退到后场,前面主战场由我们年轻人去冲锋陷阵带领队伍。但是量子世界的这个秘密和这个情结,使得我的科研的脚步停不下来。所以我就在这个主战场旁边,又开启我的科研旅程的第三道门。

这道门是干什么呢,就是利用量子信息技术去研究量子世界的奥秘。因为量子力学已经诞生一百多年了,它非常成功,但是量子力学的争论非常大,原因在哪儿呢,一个原因就在于我们用来研究的工具是经典的。因为在量子信息诞生以前,我们的工具就是经典的,利用经典工具来研究量子世界,你是打不开的,就像是拿一把错误的钥匙、经典的钥匙,打不开量子的门一样。现在有量子信息了,是量子工具了,我就拿量子的这个钥匙,来开量子的门,我就有可能找到一些量子世界更奥秘的东西。这就是我现在的第三道门,这道门仍然不是主流,还是少数人在做。

“薛定谔的猫”是什么意思?
但是呢一来也有趣,我就讲一个例子,薛定谔猫。这个猫是什么意思呢,就这么一个过程,说如果这个盒子里面有一个放射性源,放射性源是微观的,那么它半衰期是一个小时,半衰期什么意思呢,一个小时以后,可能产生一个粒子,也可能不产生。所以一个小时以后,你说到底有没有粒子,就是零和一的叠加。那么一旦有一个粒子,这个锤子就往下砸,会把底下那个玻璃瓶砸碎。这个玻璃瓶里面有毒气,毒气就弥散在这个密封的笼子里,笼子里有一个猫,这个猫闻到毒气就死了。那现在问你,这个猫一个小时以后,是死的还是活的?(观众:你只有打开盖子才知道)我不打开盖子,(观众:不打开,它有可能是死的,有可能是活的)那就是半死不活,对,你说得对,不打开盖子以前,这就是一只一半概率死的,一半概率活的猫,这个就是著名的薛定谔猫。

它想表达一个什么意思呢,活和死,这是两个宏观可以区分的两种状态。所以他想问一个很尖锐的物理问题,宏观世界为什么看不到可以分开的叠加态。因为自然界并没有严格说,哪一些是微观,哪一些是宏观,如果你能把这分界线找到,把这猫怎么死掉的机制搞清楚了,那我们就把两个世界统一起来了,所以物理的大厦就能建起来。这就是薛定谔猫,现在我们要做的事。如果这个问题解决了,那我们物理又到了一个新的境界。这就是第三道门给我的兴趣,也就是它带来的好处。

科研的最大乐趣,在于可以体会到“自然之美”、“科学之美”。
所以像这样的工作,不能够停止研究脚步,每天你都会觉得前面有更惊奇的发现会出现,让你感到无边的惊奇,这是量子世界吸引人的地方。在第一次量子革命的时候,我们国家那时候正处在一个八国联军火烧圆明园的时代,我们中国人是没办法对人类做贡献。但是这次量子的第二次革命,我们要探索量子世界的奥秘。我们国家量子信息技术又发展得非常好,我们拿这个技术来研究量子世界的奥秘,我们可以对人类作出更大的贡献。

所以后面有很多问题,需要我们年轻人去作为,我希望我们的年轻的一代,如果有志在科学上去探索的话,你可以随着你的探索旅程的步伐,不断地享受自然的美,科学的美。

好,谢谢大家。

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