袁嵐峯對話2012年諾貝爾物理學獎獲得者、法國科學家塞爾日·阿羅什_風聞

大家好，我是中國科學技術大學袁嵐峯。最近，我參與了今日頭條與世界頂尖科學家協會推出的《科學家請回答2023》科普活動，跟2012年諾貝爾物理學獎獲得者、法國科學家塞爾日·阿羅什（Serge Haroche）做了一場對談。他和美國科學家大衞·維因蘭德（David J. Wineland）共同獲獎，原因是“突破性的實驗方法，使我們能夠測量與操縱單個量子體系”。

塞爾日·阿羅什（Serge Haroche）

大衞·維因蘭德（David J. Wineland）

這話是什麼意思呢？受過基礎科學教育的人都知道，物質是由原子組成的，原子是由電子、質子、中子組成的。對科學瞭解更多的人可能還知道，光是由光子組成的。描述這些微觀粒子基本運動規律的理論，就是量子力學。它是當今兩大物理學基礎理論之一，跟相對論並列。基於量子力學，人們發明了激光、核能、半導體、發光二極管等幾乎所有的現代技術。

然而，所有這些技術都有個共同點：它們操作的都是大量粒子的集合，而不是單個粒子。實際上，量子力學的奠基人們還曾經認為，操控單個粒子是不可能的。這是因為量子力學有很多奇特的性質，例如量子疊加、量子糾纏，它們跟經典世界的經驗格格不入，最著名的例子就是薛定諤那隻半死不活的貓。為什麼在微觀世界理論上允許存在這種貓態，而在宏觀世界就不會看到呢？為了避免動物保護協會的抗議，最方便的方法就是認為它壓根就製備不出來！

當然這是開個玩笑，真正的原因是操縱單個粒子的難度太大了，以至於前輩科學家們根本沒有考慮過這個問題。然而，阿羅什和維因蘭德打破了這個思維定勢，他們設計了極其巧妙的方法，第一次使我們能夠精細地操控單個粒子的狀態。由此就可以觀測到種種奇妙的量子性質，包括真正意義的薛定諤貓態。他們甚至還能觀測到薛定諤貓態如何衰變成普通狀態的過程，這是環境跟量子體系作用的結果。

阿羅什的研究領域是量子光學，不過我們也經常把他稱為量子信息領域的獲獎者。為什麼呢？因為量子信息是量子力學和信息科學的交叉科學，而要實現量子信息，前提就是要能夠操控單個粒子，因此阿羅什和維因蘭德的實驗對此具有奠基性的作用。

那麼，阿羅什是如何實現單粒子操控的？他們由此得到了什麼驚人的結果？這對基礎研究、日常應用以至哲學有什麼意義？這些就是我跟他對話的精彩內容。12月1日起，我們將上線3期視頻，為朋友們帶來這場對話。

在現場錄製過程中，阿羅什教授還談到了他對量子計算發展前景的看法，以及他的科普書《光的探索》（法文版2021年出版，中文版即將出版）。他提到反科學的潮流一直存在，但現在隨着後真相和另類事實的興起，它們正朝着一個特別有害的方向發展，因此科普在當今時代更加肩負重大的使命。