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对话 | 诺奖得主John Clauser：量子计算机正被夸大......

光子盒研究院 光子盒 2023-11-30
收录于合集 #科技人物 98个
光子盒研究院

最新数据显示，诺贝尔物理学奖获得者通常需要平均等待20年才能获得这一著名荣誉。
 
——对于John Clauser(约翰·克劳泽)来说，这种等待是其两倍以上的时间。

2022年10月4日，这位80岁的物理学家与Alain Aspect(阿兰·阿斯佩)和Anton Zeilinger(安东·蔡林格)一起，被提名为诺贝尔物理学奖的共同获得者。他们因进行了开创性的“纠缠光子实验，确立了对贝尔不等式的违反，并开创了量子信息科学”而广受赞誉。

克劳泽的研究可以追溯到1972年：他证实了量子力学的正确性，并为密码学和计算机领域的新兴应用奠定了基础。

近期，克劳泽正在访问韩国，并在“量子韩国2023年会议(Quantum Korea 2023)”上做了特别演讲——这是一个由科学和信息通信技术部、韩国大学主办的关于量子信息的国际会议，是2025年庆祝该校120周年的下一个智能论坛的一部分。
约翰·克劳泽在首尔东部东大门区的一家酒店与韩国《中央日报》记者交谈。

6月26日，韩国最大的传媒机构《中央日报》记者在首尔东部东大门区的一家酒店与这位诺贝尔奖获得者进行了会谈，并讨论了他的获奖成就。

恭喜你获得诺贝尔奖，感觉如何？

我当然是完全激动了。百分之九十的科学家都想获得诺贝尔奖，另外百分之十是骗子；这是一个人所能得到的最高荣誉。


问：告诉我们你的获奖研究？
 
克劳泽：基本上，尼尔斯·玻尔和阿尔伯特·爱因斯坦之间曾就量子力学的意义以及量子力学是否是一个完整的理论进行过辩论。事实证明，它从未被完全解决。为了试图理解随机性从何而来、量子力学中的叠加性从何而来，他（爱因斯坦）认为量子力学不是一个完整的理论。他想增加理论中没有的额外变量——“隐藏变量”，以解释纠缠。
 
那么，什么是纠缠？薛定谔想出了两个方程。第一个方程描述了氢气，它拥有一个电子；第二个方程描述了氦气，它拥有两个电子。在第二个方程中，他发现这两个电子以某种方式交织并纠缠在一起；正如薛定谔所称，这是一种非常复杂的方式，人们对此并不了解，但为了解释氦的光谱，这是必要的。

根据薛定谔的第二个方程式，当两个电子被广泛分开时，它们仍然以一种非常奇怪、亲密的方式纠缠在一起。所以当时的问题是，这真的正确吗？如果它们紧密地在一个氦原子内，它们当然会相互作用。但如果你把它们分开得很远，它们仍然根据量子力学进行相互作用。这让薛定谔和爱因斯坦都感到非常不安。于是薛定谔甚至提出，也许这个方程是错误的；也许电子的纠缠消失了，但这将改变该理论的预测结果。于是这就成了玻尔和爱因斯坦之间的辩论。
 
爱因斯坦想增加额外的变量，而玻尔说不：他们不需要。任何我们能想到的、对理论的改变都会改变预测结果；而没有人愿意承认，预测可能是错误的。

——只是出了问题。所以基本上，这种情况一直持续到1964年约翰·贝尔研究这个理论的时候。
 
他所发现的是一个非常令人惊讶的结果。事实上，在量子力学中加入这些额外的变量，与爱因斯坦、鲍里斯·波多尔斯基和内森·罗森所预测的正好相反，完全不兼容、也改变了量子力学的预言，这纯粹是一种讽刺。
 
然后在1969年，当我还是一个研究生的时候，Michael Horne、Abner Shimony、Richard Holt和我说，也许量子力学并不总是完全正确的。于是，我们把贝尔的结果改成了一种实际上可以实验检验的形式。
 
所以我最终在1972年和斯图尔特·弗里德曼做了一个实验。当时，我不知道做这个实验的时候会得到什么；但我知道我将以某种方式解决玻尔和爱因斯坦之间的辩论。坦率地说，我把赌注押在爱因斯坦身上：他是我的大英雄之一；但我不知道的是，在做实验时，我发现爱因斯坦是错的、玻尔是对的。
 
我大着胆子真的走出去，试图测试它。事实上，我在70年代初做了四个不同的实验。然后我的共同诺贝尔奖获得者、来自巴黎的阿兰·阿斯佩的工作是在80年代完成的；安东·蔡林格在80年代末开始、一直持续到90年代和2000年代。

从那时起，事情有了显著的发展。
1975年11月7日，克劳瑟与斯图尔特·弗里德曼在加州大学伯克利分校用于测试贝尔定理的量子力学实验，克劳泽是该校的博士后研究员。

问：你在之前的文章中提到，当决定测试贝尔的提议时，每个人都告诉你这是不可能的、甚至是你的导师。是什么促使你进行这个实验的？
 
克劳泽：我意识到了其中的利害关系；处于危险之中的是整个物理学的平台。从伽利略和牛顿开始，一直到爱因斯坦，人们希望有一个由微分方程涵盖的物理学描述、描述事物如何在我们生活的三维世界中作为时间的函数移动。

Mike Horne和我提出的理论表明，这是不可能的。这是支撑爱因斯坦的物理学攻击计划的整个基本平台；不幸的是，我们在这个问题上把所有的腿都从桌子下面拉出来了。

——这是非常令人失望的；我一开始就认识到这将是一个问题。Mike Horne和我终于解决了做这件事的所有细节。其他人似乎都没有意识到做这些实验有多大的风险，这也是让我坚持下去的原因。尽管其他人都告诉我，我做这些实验完全是疯了，它将毁掉我的职业生涯。嗯，确实如此。我从来没有当过教授。

但我认为我的实验都很重要。
 
问：现在正在开发利用量子纠缠的各种量子技术，如量子计算机和量子加密卫星。在国家发展方面，你认为什么技术是最优先的？
 
克劳泽：我怀疑，坦率地说，量子计算机有点被夸大了。普通计算机能够解决的问题的数量是数百万或数十亿；只有少数问题是量子计算机可以有用地解决的。量子加密是新技术的主要驱动力。当然，金融业对加密非常感兴趣，因为它能够发送完全加密的金融事务和类似的通信，就像所有政府机构对他们的秘密一样。因此，加密的通信（即使只是在你的手机上）在今天也是非常重要的。因此，量子加密是相当有价值的；我想说，这比量子计算更有价值。

问：卫星量子通信所需的规模或纠缠粒子的数量是多少，是否有可能在这种规模下保持纠缠？
 
克劳泽：这是有可能的。第一个这样的卫星是几年前发射的中国“墨子号”卫星。据我所知，根据《光学与光子学新闻(Optics & Photonics News)》上的一篇文章，美国没有任何量子加密的卫星。许多其他国家都有做量子加密的项目。

据我所知，现在唯一真正在飞行的量子加密卫星是中国的“墨子号”卫星。我想我已经问过我的同事为什么没有美国的卫星。而最好的猜测是，一路上有太多（潜在）的泄漏、有太多方法可以让它真正被黑客攻击到、也有太多的方法可以让它从站台上消失。
 
问：你认为量子方面还有哪些领域有可能获得下一个诺贝尔奖？
 
克劳泽：祝他们好运！我花了50年时间，我不知道为什么要花这么长时间。我猜测有些诺贝尔奖有政治的参与，我只是很高兴自己得到了一个。在物理学，我看到的最紧迫的问题是以某种方式将广义相对论与量子力学统一起来——我认为纠缠是将两者结合起来的某种问题的根源。

最紧迫的问题是以某种方式将广义相对论与量子力学统一起来。


问：你认为哪些研究课题对学术界来说是至关重要的，以便在量子方面创造突破性进展？
 
克劳泽：谁也说不准。当然，我们所有正在做这项工作的人都没有想到会有应用。我们只是在研究纯物理学。但有一个好的、强大的科学研究计划是至关重要的。没有这一点，我们将一无所获。现在，有一些正在研究的物理学领域，我认为是愚蠢的，如弦理论。但谁知道呢？我无法预测。
 
既然你提到了，在量子纠缠被证明后，人们对量子技术的希望真的很高。有人说，到2030年，市场规模价值将超过1万亿韩元，或770亿美元。你在50年前就想到市场会发展得这么大吗？
 
绝对没有。这完全超出了我曾经梦想的范围。在我做实验的时候，我不知道会得到什么结果。我在爱因斯坦身上下注，但我不知道结果会是什么。我知道我会得到一个结果，我知道我会解决这个辩论。除此之外，我什么都不知道。
 
问：量子实际上是韩国的12项国家战略技术之一（韩国政府寻求战略发展的技术）。你对韩国的量子研究有什么看法吗？
 
克劳泽：我对它的了解不够，无法回答。
 
问：美国的量子研究情况如何？
 
克劳泽：当然，对于科学来说，自从罗纳德·里根担任总统以来，美国科学的资金一直严重不足。自里根政府以来，科学预算占GDP的百分比一直在例行下降。在共和党人的领导下，它一直在下降。在民主党人的领导下，它趋于持平。但最终的结果是，多年来，它已经降到了世界上最低的水平之一。

我对美国的科学研究状况感到非常失望。此外，所谓的STEM大学和文科之间存在着竞争。文科似乎正在胜过STEM。最终的结果是，科学素养，尤其是数学素养，已经下降了。我强烈怀疑韩国人口可能比美国人口普遍受到更好的教育。我没有这方面的统计数据，但我不会感到惊讶。
 
问：从长远来看，您认为STEM研究资金不足会带来什么问题？
 
克劳泽：做研究需要钱。

美国在第二次世界大战中有效地成为了世界的领导者。有大量的资金投入到科学研究、航空学、雷达电子学、物理学和原子弹研究。只是大量的资金被投入：在战争结束时，科学家们带着大量的新技术离开，他们可以应用于实验物理学，这在战前根本就不存在。这是技术状况的一夜之间的变化。这一切都与政府为二战努力提供的大量资金有关。

参考链接：
[1]https://koreajoongangdaily.joins.com/2023/07/02/national/socialAffairs/korea-nobel-quantum/20230702123303418.html
[2]https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2022/press-release/

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