2021年9月，在清华大学举行的“庆祝杨振宁先生百年华诞思想研讨会”圆桌论坛环节上，美国犹他大学教授吴咏时对今后基础物理学做了一番展望。他指出了基础物理中几项重要的未解问题，并推测量子信息和时空的演生均和规范理论有密切关系。历史上物理学和数学相互交融发展，而目前量子信息在基础物理中发挥着重要作用。吴咏时教授预测，数学、物理和信息/计算科学三者会成为未来科学发展的“铁三角”。
我今天主要想对国内年轻一代的理论物理/数学物理爱好者和工作者，谈谈个人对基础物理学的展望，抛砖引玉。现在有一种趋势是基础物理学逐渐成为物理学中重要的分支之一，虽然研究的人员没有很多，但是所讨论的问题都与基础物理学的基础问题紧密相关。基础物理学的未来发展与实验也有密切联系，甚至将来计算物理也有可能进入基础物理学的范围。
当前物理学的粒子物理标准模型中，Yang-Mills场部分在数学上非常完美，物理实验上也得到了完美的检验。从理论物理或量子场论的角度看，Higgs场部分还有若干很不满意的地方。例如，微扰论缺乏预言性。做微扰论的高阶计算，每计算一阶就要重新调节模型的原始参数，所以Higgs场的理论还是不甚完美，缺乏预言性。
对称性破缺的观念解决了弱作用Yang-Mills规范粒子的质量问题，但遗留了若干基础问题，包括作用强度的层级问题（Hierarchy Problem）等，尚待加深理解。
此外，万有引力，特别是量子引力，依然存在挑战。现有的引力理论和时空理论有一个很重要的谜是黑洞的信息悖论，它表明引力（即时空弯曲）与信息密切相关。现在开始有一些迹象表明有可能解决这个谜，但我认为这只是引力和时空与信息关联的一个方面。即使黑洞信息悖论可以比较理想和彻底地解决，但时空和信息关联的其他方面（如量子纠缠）仍然是很深刻的谜。
此外，陈和生先生刚刚讲的暗物质和暗能量该如何理解？这是实验上提出来的重大挑战。类比于19世纪末放射性的发现对20世纪物理学的影响，超过了1900年Kelvin爵士“两朵乌云”的著名演讲。因为“两朵乌云”提出的问题，在1930年之前就已解决，而放射性提出的问题一直延续至今。对暗物质和暗能量的深入探索，必然对21世纪物理学发展产生长期的重大影响。
现在看来，量子信息在基础物理当中发挥着基本作用。
简言之，量子信息就是相干和纠缠，这是经典理论没有的概念。现在种种迹象表明，纠缠将发挥很重要的作用，特别是拓扑物态的研究，所以后者未来在物理学中的作用很可能变得非常基本。数学物理，新的物理期待新的数学。
众所周知，牛顿为了在物理上表达牛顿力学，发明了微积分；Einstein从等价原理出发解释广义相对论，1907年后，广义相对论的发展停顿，直到1913年，发现引力和几何有很大的关系，所以Einstein在物理学中引入黎曼几何，成功地发展了广义相对论。
Hilbert空间是量子力学最简洁的表述，总结了Heisenberg的矩阵力学和Schrödinger的波动力学，所以Hilbert空间理论成为了量子力学的数学基础。杨振宁先生的规范场理论不仅是物理学中的一种结构，而且是数学上很微妙的结构。物理上规范场理论是粒子物理的标准模型的一个基础，数学上和陈省身先生纤维丛联络论实际上独立发展。
新的物理学要求量子信息会起中心作用，那新的物理学会对数学有什么样的要求？假如现在数学家已经发展，那可以像Einstein应用数学家的成果。假如数学家没有发展，那就像杨振宁先生和牛顿一样要独立发展新的数学。
最近凝聚态物理拓扑物态的研究，特别是内禀拓扑物态，它由拓扑量子场论描写，有数学家和物理学家两种版本。这两种版本都是用群表示作为动力学的自由度。从物理学的角度来讲是比较新颖的做法，实际上是联络论某种新的数学表达形式。拓扑量子场论的拓扑性质、整体性质和纠缠有非常大的关系。所以无论哪种版本，实际上都是规范理论的某种新的形式或推广。我猜测，量子信息和规范场理论有密切关系。
Weyl最早的规范理论是尺度变换，不是位相变换，因为他提出最早版本的时候，量子力学还没有建立。那时候，Einstein非常尖锐地指出Weyl规范理论的毛病，尺的长度会依赖于尺的历史。量子力学建立以后，Weyl规范理论修改成U(1)规范理论，U(1)规范理论确实有记忆关系。所以我的粗浅感觉，规范理论的记忆性实际上必然和量子信息有很大关系，总是和信息的流动密切相关。
另外相关的话题是时空的演生，这是一个新的概念，我猜测也很可能和规范场理论有密切联系。从数学的角度讲，某种意义上可以合理地猜测，几何是从代数演生出来的。对于经典几何，流形上的复值函数（即场）的代数就包含了流形的几何（和拓扑）的性质。相应的量子场的算子代数，看来应该包含时空的量子（非交换）几何的信息。
最后我愿意大胆预测：在未来科学发展中一个跨学科新的“铁三角”关系，将对基础物理的发展起重大作用。如图1所示，底下两个角分别是物理学和数学，上面的角代表信息 (计算) 科学。从现在的发展趋势看，理解这三个学科的上述关联，将会推动我们深入理解如何从量子比特的“网络”中信息的耦合和流通，演生出具有“长程量子纠缠”的物理时空。而为达此目的，预期需要新的数学工具，如范畴论和拓扑量子场论等。
当然我们可能还需要准备，出乎意料的新实验结果和被人忽视的观念可能带来新的颠覆和突破。国内年轻一代，希望寄予你们，勇于接受物理学基础问题的挑战，做出超越前人的创新和突破。