导读：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。——Serge Haroche，2012年诺贝尔物理学奖得主
日前，诺贝尔物理学奖得主Serge Haroche教授接受中国科学技术大学教授陆朝阳的专访，回顾了最初如何走上科研之路、逐步获得突破的探索过程以及和合作伙伴之间的故事。
Serge Haroche教授对量子光学中的量子电动力学研究有重要贡献，在实验量子力学领域享有盛名，被誉为“腔量子电动力学的实验奠基人”，2012年他因“开发能够测量和操纵单个量子系统的开创性实验方法”和美国物理学家大卫·温兰德（David J. Wineland）共同获得诺贝尔物理学奖。
尽管是量子光学和量子信息学领域的先驱，Haroche教授对于量子计算的未来非常审慎。他认为，量子计算机从提出之日起，就是理论家的梦想，实验人员的噩梦，直到今天，我们仍然不知道该如何实现大规模容错量子计算机。他也对当前一些不切实际地承诺和夸大量子计算机的能力的“量子炒作”现象提出警告。
他指出，量子炒作非常愚蠢，将会导致两个严重后果：第一，若一直承诺无法兑现的事，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；第二，会让政策制定者误将尚处于基础研究阶段的量子计算列为秘密研究，这将严重影响正常的国际交流，反而阻碍了这一领域的发展。
“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。”Haroche教授说。
以下为访谈的下半部分。
陆朝阳：您作为腔量子电动力学（腔QED）研究领域的先驱，能否向广大读者描述自己最早开展研究时的状态，以及自己对于这一领域未来发展动态的预测？
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，天然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；与天然原子相比，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，基于天然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个量子位的量子计算机时，他们没有提到这样一个事实问题，即：这些量子位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位集合中的逻辑量子位进行编码，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位，每个量子位都由数千个纠缠的物理量子位组成，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。
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。
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。
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！