【采訪/觀察者網(wǎng) 李澤西】

觀察者網(wǎng)：袁老師，您在2021年發(fā)布的《量子信息簡話》中，提到了自己本來不是量子專業(yè)的，也沒有直接從事這方面的研究，您原來的專業(yè)是理論與計(jì)算化學(xué)；為了寫這本書，您也算是學(xué)習(xí)了一個(gè)新的領(lǐng)域，可否分享一下您快速學(xué)習(xí)新領(lǐng)域的一些技巧？

袁嵐峰：量子信息是近40年來新興的交叉科學(xué)，就是量子力學(xué)加上信息科學(xué)的交叉科學(xué)。最近有些學(xué)校新開了一個(gè)一級學(xué)科，叫做量子信息科學(xué)，因?yàn)樗麄冊絹碓街匾暳孔有畔⒌陌l(fā)展。

我的一級學(xué)科是化學(xué)，理論與計(jì)算化學(xué)算是二級學(xué)科，有時(shí)候我也會說我的二級學(xué)科是化學(xué)物理。理論與計(jì)算化學(xué)最大的特點(diǎn)是不做實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)上，當(dāng)你提到一個(gè)人是化學(xué)家，你腦海里面首先浮現(xiàn)出來可能是一個(gè)穿著白大褂，甚至還戴著護(hù)目鏡，然后經(jīng)常做實(shí)驗(yàn)、煙熏火燎的。但是我從來不是，因?yàn)槲抑雷约旱膶?shí)驗(yàn)?zāi)芰Ψ浅５牟恍?。就像楊振寧研究生時(shí)期的那句笑話：“哪里有爆炸，哪里就有楊振寧?！彼院竺嫠D(zhuǎn)到了理論物理，他的朋友說這對實(shí)驗(yàn)物理是一種幸運(yùn)。

那么這個(gè)理論與計(jì)算化學(xué)跟量子力學(xué)是什么關(guān)系呢？量子力學(xué)是理論與計(jì)算化學(xué)的理論基礎(chǔ)。首先，整個(gè)化學(xué)的理論基礎(chǔ)其實(shí)就是量子力學(xué)，然后是理論與計(jì)算化學(xué)；其中絕大部分內(nèi)容叫做第一性原理計(jì)算，就是給定一個(gè)體系里面有什么種類的原子，這些原子有多少個(gè)，它們處在什么位置。只要給定這些基本信息，就可以預(yù)測出這個(gè)體系的所有性質(zhì)，在原則上它的一切都是可以計(jì)算出來的。為此要解非常復(fù)雜的薛定諤方程。第一性原理計(jì)算的大部分研究，就是怎么去解這個(gè)薛定諤方程，然后怎么去編程序，怎么把結(jié)果算出來，然后從計(jì)算結(jié)果當(dāng)中提煉信息。

薛定諤方程設(shè)定的波函數(shù)模型圖（圖源：“納米通訊”）

因此，我對于量子力學(xué)本來就可以算是相當(dāng)熟悉的，因?yàn)槟鞘俏艺煊玫?。量子信息?dāng)中，我不熟的是其中的信息部分；它是量子力學(xué)加上信息科學(xué)的一個(gè)交叉。書里面說過，我?guī)湍切﹤鹘y(tǒng)通信行業(yè)的人理解量子通信，比如說 “奧卡姆剃刀”（著名科普作家、原軍校通信專業(yè)副教授張弛博士），他的領(lǐng)導(dǎo)希望他開一門量子通信的課，他去看相關(guān)教材的時(shí)候就感覺滿頭霧水，因?yàn)樗欢孔恿W(xué)，但是對于傳統(tǒng)通信他還是非常熟悉的。我跟他們正好相反。

我最初學(xué)習(xí)量子信息，是因?yàn)楹罱▏蠋?，科大?dāng)時(shí)的校長，他給我們提議，說最近量子信息這個(gè)學(xué)科蓬勃發(fā)展，大家都應(yīng)該去學(xué)習(xí)一下，我就稍微了解了一下。通過一點(diǎn)點(diǎn)資料，我就明白一件事情：2015年初新聞報(bào)道里面說的所謂量子瞬間傳輸技術(shù)，實(shí)際上叫做量子隱形傳態(tài)。它是有一套明確的技術(shù)方案的，最終實(shí)現(xiàn)的效果是把一個(gè)粒子的狀態(tài)轉(zhuǎn)移到遠(yuǎn)處的另外一個(gè)粒子上去。它不是移動物質(zhì)，而是移動物質(zhì)的狀態(tài)。當(dāng)我看到大家對那個(gè)新聞都喊好但是不明覺厲的時(shí)候，我就覺得有必要向公眾解釋一下。這個(gè)事情完全是可以解釋清楚的，但是不能指望記者，因?yàn)橛浾呖隙◤膩頉]聽說過這么專業(yè)的東西，所以寫出來的全是這種語焉不詳?shù)膱?bào)道。

我問了一下我認(rèn)識的潘建偉院士研究組的同事陳騰云博士，他給我稍微解釋了一下，然后我就寫了一篇文章。我非常驚訝地發(fā)現(xiàn)，這篇文章的反響居然這么大，有很多人因此關(guān)注了我，尤其是像“奧卡姆剃刀”這樣的人。后來我才明白，我是替他解決了這個(gè)問題，他不明白這個(gè)量子通信到底是怎么回事，現(xiàn)在知道它不是個(gè)偽科學(xué)，它不是個(gè)神乎奇跡的東西，它是完全符合物理原理的，而且它跟傳統(tǒng)的信息論也沒有矛盾。有些所謂科普文章說量子通信超光速之類的，把他的信仰都打破了，然后覺得天崩地裂一般。其實(shí)是這些所謂科普搞錯(cuò)了，量子通信是一個(gè)完全正規(guī)的東西。

這對“奧卡姆剃刀”留下一個(gè)非常好的印象，所以過了一段時(shí)間之后，他來找我，說是想請我去總參謀部做報(bào)告，講量子通信。

我說，我又不是搞量子通信研究的，你們找我干嘛？

他說，其實(shí)他們首先來找的是他自己，然后他推薦我。

我說，我們國家研究量子通信的人多的是，找他們?nèi)ゾ秃谩?

他說，實(shí)際上已經(jīng)找過了，第一步就是找他們，但是他們講完之后還是聽不明白，所以希望找一個(gè)能聽明白的人，就來找我。

我說，好吧，既然是為國家出力，那就去吧。但是這對我來說是個(gè)非常大的挑戰(zhàn)了，因?yàn)槲以诖酥安]有系統(tǒng)的學(xué)過量子信息。我之前已經(jīng)買了一本非常著名的教材，叫做《量子計(jì)算與量子信息》。這本書但凡是關(guān)于量子信息的文章都會引用一下，所以成了現(xiàn)在整個(gè)物理學(xué)領(lǐng)域里面被引用最多的教材之一了。

在我去總參謀部之前，我有一個(gè)月的時(shí)間。那個(gè)月我閉門謝客，其他事情都顧不上，我告訴大家我得好好準(zhǔn)備，我得趕快自己先把量子信息學(xué)一遍。我就在一個(gè)月里拼命啃這個(gè)教材，一邊看一邊提煉它的脈絡(luò)，一邊做筆記，決定我們到底要主要講哪些部分。所以這一個(gè)月是高度緊張、同時(shí)特別充實(shí)的一段時(shí)間。

到了出發(fā)之前不久，我才把全書的提綱寫出來，總結(jié)了這個(gè)書里面最重要的是什么，有哪些內(nèi)容值得向大家講。我的一位朋友幫我打印出來，我拿著趕快去上火車，講課的PPT是在火車上做的！這是我印象中最緊張的一次“備課”的經(jīng)歷，因?yàn)槭紫茸约阂疵娜W(xué)，然后在學(xué)的過程當(dāng)中有問題就趕快提，盡快的形成一個(gè)脈絡(luò)，才能拿去跟人講。

那時(shí)，我總結(jié)出跟量子信息關(guān)系最密切的量子力學(xué)原理有三個(gè)（疊加、測量、糾纏），我把它們戲稱為“三大奧義”，它們跟量子信息的關(guān)系是什么，這些都是看那本書總結(jié)出來的。我不但要將其看明白，而且還要飛快的做出一個(gè)提煉，想明白對于普通人來說最好的講法是什么，就是這樣一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。但是我想，這也是一個(gè)人生當(dāng)中非常難得的經(jīng)驗(yàn)，是吧？如果不是因?yàn)橛羞@樣一個(gè)急如星火的任務(wù)，我也不會想到要以這么高的強(qiáng)度去學(xué)這個(gè)東西。但是學(xué)了之后當(dāng)然也是很有好處的，因?yàn)槲易约涸黾恿死斫狻?

那次跟總參謀部交流，他們也是非常重視的。在下午跟他們技術(shù)人員的對話中，他們提的問題非常的專業(yè)，都是真正在一線搞軍事通信的人。很多問題我能答出來，但是也有一些問題我答不出來，而且這些確實(shí)是非常切中要害的問題。比方說，老有人在問的是，量子通信到底用的是什么編碼方案。我說，這個(gè)問題問得非常好，書上是寫了，但是我沒有完全看明白，所以我的報(bào)告里全面講了量子信息，量子通信只是作為其中一部分來講，而且講的是比較語焉不詳?shù)?。我只是告訴大家一個(gè)最基本的原理，表明這東西可以實(shí)現(xiàn)，但是到底用什么具體技術(shù)方案，那本書寫的確實(shí)不太讀者友好，當(dāng)時(shí)我是沒有完全看懂。我最后表示得回去再請教一下專家，然后自己再好好研究一下。

那次交流對我自己收獲也很大，我明白了他們一線的工作人員考慮的問題。而且這也讓我明白，科普必須是你自己把所有的問題都理清楚，才能給人講。如果你自己有地方糊涂不解，別人肯定能夠想到，因?yàn)槟且彩撬麄冋嬲P(guān)心的問題。所以這對我也是一個(gè)很重要的教益，科普一定要有針對性。如果有一個(gè)你自己都說不清的地方，你不要想著糊弄過去，肯定會有人來問。

后來有一個(gè)契機(jī)，讓我對量子通信大大的加深了了解。一年之后的2016年，我們發(fā)射了墨子號科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星。衛(wèi)星上天之后有一大堆的記者來采訪，他們都把我看成一個(gè)量子信息專家，雖然我完全不是。

2016年，我國發(fā)射了墨子號科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星（圖源：央視網(wǎng)站）

他們要我解讀墨子號到底干什么的，量子通信到底怎么做的，在這個(gè)時(shí)候我也感到有點(diǎn)迷惑。許多所謂科普文章都會說，量子通信用的是量子糾纏，可是根據(jù)我對那技術(shù)的理解，我好像看不出來這里面到底哪一步用到量子糾纏。那時(shí)候我已經(jīng)認(rèn)識了一線做相關(guān)工作的人，比方說陸朝陽教授。他看我的微博，看到我寫的那些文章，對于我能將他們這個(gè)領(lǐng)域解釋得這么清楚感到大為吃驚。我當(dāng)時(shí)打電話去問他們說，你們天地之間的量子保密通信到底是怎么做的，到底在哪用的量子糾纏？

陸朝陽的回答讓我大跌眼鏡，他說，我們根本就沒有用量子糾纏。我們明明發(fā)的是單光子，哪有量子糾纏？量子糾纏需要至少兩個(gè)粒子。

我說，既然這樣，為什么那些科普上都說是用到量子糾纏？

他說，他們寫錯(cuò)了，其實(shí)我們并沒有。

這個(gè)也對我是一個(gè)重要的教益，我也不知道這是我們國家特有的狀況，還是全世界都一樣：有很多你看起來好像說的滿有道理，人人都能接受的、科普界到處傳的東西，其實(shí)是錯(cuò)的。所以是需要有人跟一線人員保持非常密切的接觸，把正確的東西傳達(dá)出來。