弗朗克·维尔切克是美国理论物理学家和数学家,麻省理工学院物理系赫曼·费希巴赫讲席教授。他是当今最优秀的物理学家之一。由于发现了量子色动力学中的渐近自由,他和大卫·格娄斯、休·波利策共同获得了2004年诺贝尔物理学奖。维尔切克的研究兴趣异常广泛,除了在粒子物理,他在凝聚态物理学和天体物理学方面也作出过非常重要的贡献。维尔切克教授非常乐于向大众介绍物理的美和成就。写过很多科普文章,出版了多本科普书籍。
2014年,浙江工业大学成立了维尔切克量子中心。此后每年,维尔切克教授都会到中国至少工作一个月。通过这个平台,中国的物理学家和其他科学家和艺术家将会有更多的机会和维尔切克教授交流合作,促进中国科学和艺术的发展。自2015年7月开始,华尔街日报邀请维尔切克教授不定期撰写专栏文章,和大众交流自己在科学、艺术、教育生活里的见闻、感受和思考。
这些文章的内容五花八门,笔调轻松、诙谐,但“形散而神不散”,时时透射着维尔切克教授的科学火花和人文艺术的情致。这位诺贝尔奖得主试着挑选他喜欢的音乐,修改一个有漏洞的但却有望实现量子计算飞跃的算法。当太阳在斯德哥尔摩升起,我开始上网搜寻音乐视频。我这是在为英国广播公司的“独有的激情”节目做准备。作为嘉宾和受访者,我需要为节目挑选半小时的音乐,主要是倾古典风格的音乐。四小时后,我还没挑好。
我太享受这个过程了:只是不停地搜索,而不进行挑选。走路去校园时,我还在哼着这些曲子。一个来自北京的优秀学者告诉我一个神奇的发现。他找到了一个方法,可以让量子计算机搜遍一长串数据几乎和搜遍一串短数据一样快。这似乎好得令人难以置信。量子计算机还没造出来;即使造出来了,人们也并不完全清楚量子计算机的好处在哪里。如果成立,他的算法将是计算机算法里的点金石,让很多以前完全无法解决的难题迎刃而解。
他令人信服地回答着我的问题,但就差那么一点,证明里有一个漏洞。我白天大部分时间都在思考如何扩展人的知觉。这个问题最近一直萦绕在我的脑海。正常人眼的视觉能力其实非常弱。卑微的螳螂虾有一打或更多的颜色受体;人类只有三个。诗人William Blake和歌手Jim Morrison都说过要打开“知觉之门”。我正在尝试各种方法和器件去实现它,基本思路是利用变动的色感来体现和存储我们丢弃的信息。
看起来非常有希望,很快会有结论的。我思考的另外一个问题可以被看作某种神秘的知觉。大约30年前,我预言了一种奇怪而美妙的粒子,它叫任意子。只有在量子的世界里才能找到它们。材料的缺陷,稍不小心的操作都会毁掉它的所有踪迹。关于它的理论似乎越来越完美,但实验上还是没找到它的踪迹。真是令人头痛。我们需要新的实验,我不懈地思索着新的方案。
我失败的方案也不是一无是处,它们有很多有益的“副产品”:方案里的某些方法可能帮助我们建造量子计算机。在走回旅馆的路上,我的思绪回到了那个量子算法的漏洞上。我看到了一个补救办法。带着这个想法,我睡着了。醒来时,我试着在纸上写下来仔细推敲。漏洞补上了。但似乎还是好得令人难以置信。我把这个想法告诉了那个优秀的学者,他高兴地飞回了北京。晚餐时,我和贝蒂来到了处于繁华的奥斯特莫穆区的一个泰国饭馆。
味道非常不错,但餐馆的环境和气氛更有意思:馆内按照圣诞树的方式挂满了数不清的小彩灯。它们按照固定但有趣的节奏闪烁着。彩灯让屋里充满了紫外光,让含磷的装饰、菜单和食客的白色衣服发出一种奇异的光泽。这些炫彩而跳动的灯光是我眼睛的音乐。如果白天我看过很多跳动的画面,我晚上就会做梦,梦中的灯光和这非常相似。突然,所有的彩灯都变暗了,雷声和暴雨包围了我们。幸好这只是模拟,但感觉非常真实。
我聪明的朋友从中国给我发来电子邮件。他在我补救他漏洞的方法里发现了一个漏洞。我们再次臣服于特雷曼定理:不可能的事通常不会发生。周五的晚上,我们一群物理学家来到了欧培拉酒馆。帅哥美女经常来这里欢庆聚会。我们跳了几个小时的舞。舞步有些笨拙,但充满了欢乐,至少没人试图把我们轰走。