作者：虞涵棋（澎湃新聞記者 ）
來源：澎湃新聞（文章有刪節(jié)）

隨著全球首顆量子通信科學(xué)衛(wèi)星“墨子號”的升空與國家量子保密通信“京滬干線”的貫通，中國在量子通信上領(lǐng)跑世界，由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊也成為了科學(xué)界的明星。

在未來論壇年會上，潘建偉和來自北京、天津的中小學(xué)生對話，解答了他們關(guān)于量子物理的疑問，并分享了個人在物理研究上的經(jīng)歷。

量子力學(xué)近來經(jīng)常卷入與哲學(xué)和宗教有關(guān)的話題。潘建偉就此呼吁：別老是把量子力學(xué)跟其他的問題聯(lián)系在一起。他轉(zhuǎn)述楊振寧先生的觀點：科學(xué)往前進(jìn)一步，宗教往后退一步，科學(xué)再進(jìn)一步，神學(xué)又往會退一步，但是科學(xué)解決了有限問題，宗教最后總是無限。 （編者按：說科學(xué)是有限是對的，任何一個頭腦清楚的人都會認(rèn)為科學(xué)具有局限性。只有受教育程度限制，對科學(xué)基礎(chǔ)概念不能理解的人，才會把科學(xué)看成和神話一般不可思議，誤以為“相信科學(xué)的人認(rèn)為科學(xué)萬能”。不承認(rèn)科學(xué)萬能的，恰恰都是科學(xué)愛好者。承認(rèn)科學(xué)的局限性，恰恰說明了科學(xué)的誠實和可靠。物理規(guī)律自宇宙奇點大爆發(fā)之后，就是確定的，有限的，不是無限的。世界上也根本不存在可以解決無限問題的力量，科學(xué)不承認(rèn)“一切皆有可能”。宗教徒和騙子認(rèn)為宗教可以解決無限的問題，這恰恰說明了宗教的不可靠。） 潘建偉還對朱清時拿量子力學(xué)證明信仰的錯誤做法提出了批評，表示不認(rèn)可朱清時“科學(xué)的盡頭是佛學(xué)”的話。

在未來論壇年會上，潘建偉和來自北京、天津的中小學(xué)生對話

一部發(fā)明密碼與破解密碼的歷史，直到量子保密通信的出現(xiàn)

北京四中國際校區(qū)高一學(xué)生高宇軒：您認(rèn)為新型通訊加密技術(shù)在未來的通訊發(fā)展之中起到什么樣的角色？是否會在其他領(lǐng)域當(dāng)中得到更加廣泛的應(yīng)用？

潘建偉：很早之前大家就開始思考這個問題。幾十萬年之前，人類歷史上兩類人，一個是尼安特人，一個是我們的祖先。尼安特人大腦比較大，也比較強壯，大家覺得頭比較大，這個人可能相對比較聰明，塊頭比較大，比較強壯。按照道理，進(jìn)化過程當(dāng)中他們勝出，而不是我們的祖先勝出。然而，由于非常偶然的原因，我們祖先發(fā)明了語言，互相之間能夠進(jìn)行交流。如果發(fā)現(xiàn)我在自然界吃一種草后，舌頭腫起來了，下次就能告訴你不能再吃了。這樣的話，很多知識開始共享了。

知識共享本身就是一種通訊，可以說那個時候就有“互聯(lián)網(wǎng)”了?；ヂ?lián)網(wǎng)就是信息交流，就是通信。正因為我們祖先發(fā)現(xiàn)了信息交流和語言或者文字等等，讓我們能夠形成一個網(wǎng)絡(luò)，比較好地對抗自然界的各種災(zāi)難。從前的網(wǎng)是一個部落，一個小小的村，我們存活下來了，這一個非常重要的原因?，F(xiàn)在聽我說話的時候，你不太知道我會說什么，我也很難知道你大腦里正在想什么，每個人本身都有隱私。因為如果我可以把你的思想看得明明白白，我就可以控制你的思想，你的自由思想就沒有了?？茖W(xué)是反權(quán)威的，沒有邊界的，愛因斯坦把牛頓推翻，量子力學(xué)把愛因斯坦推翻掉 （編者按：嚴(yán)格來說，科學(xué)理論是不能被推翻的，只能被修正。相對論并沒有推翻牛頓理論，只是修正了它的適用范圍。） ，一代一代往前走。

說起自由思想，讓我們回到幾千年之前，為什么能有諸子百家？因為大腦里到底是什么樣的東西，大家不知道，所以隱私是很重要的。人類社會為什么會發(fā)展出百花齊放的思想，因為每個人心里想什么，父母不知道，另一方面也需要信息交流能夠變得非常充分。之所以人類社會能夠進(jìn)化成功，按照目前的理解，很大程度上得益于信息的交流。

真正的信息安全可以追溯到將近2700年前，當(dāng)時的古希臘人就有加密術(shù)，后來古羅馬的凱撒大帝也有加密術(shù)。不過計算能力夠的話，就可以進(jìn)行破解。二戰(zhàn)的時候有個非常有名的案例，德軍專門搞了一個加密手段：英納格瑪(ENGMA)。一開始非常好，盟軍不能破解，后來圖靈設(shè)計了一個機器，密碼全破了，破了之后沒有告訴德軍。德軍的潛艇要去攻擊英國的某個艦隊，到底要不要通知艦隊避開航線呢？但沒有辦法，因為盟軍馬上要在諾曼底登陸了，為了大家的需要，可能有些人撤走了，但船該炸就炸掉。炸掉了船，德軍很高興，還是用這個密碼進(jìn)行通訊。結(jié)果諾曼底登陸的時候，兵力部署全部被盟軍知道了。這種方法拯救了幾十萬戰(zhàn)士的生命。所以人類的密碼史就是一部發(fā)明密碼與破解密碼的歷史。最后大家就開始懷疑，到底人是不是足夠聰明，能設(shè)計出一組密碼來讓人破不掉。上世紀(jì)80年代，科學(xué)家開始說用量子奇怪的現(xiàn)象，來設(shè)計一組密碼，就是量子密鑰分發(fā)和量子通信，讓大家破不掉。將來互聯(lián)網(wǎng)也好，銀行轉(zhuǎn)款也好，想把各種信息保護(hù)好，量子信息非常重要。在人類歷史上，我們首次發(fā)現(xiàn)有一種加密手段別人破不了，從這種角度上講，量子通信非常有用。不然你忽然接到一個電話，別人用巧妙的辦法冒充你媽媽的聲音，你媽媽說讓你什么時候把錢打到哪，你接了電話就相信了，但有了這種加密手段之后，前面會有一個口令，先輸一個碼過來，跟聲音無關(guān)，一收到這個碼就知道是真的。現(xiàn)在是在說和你媽媽的通信，將來人類還會有和機器人的通信，隨著人類社會的進(jìn)步，量子保密通信會越來越重要。

當(dāng)然這個技術(shù)是讓信息能夠在網(wǎng)絡(luò)里面走來走去的話，其實手機也是一個網(wǎng)絡(luò)，電腦也是一個網(wǎng)絡(luò)，因此這種東西將來可以用于計算，可以發(fā)展出非常好的超級計算的能力。

我這里就舉一個例子，如果你能操縱一百個原子的話，在算某些特定問題時，計算能力比全世界計算能力總和加起來快一百萬倍。不僅能用于通訊，而且能用于計算等等，從這種角度上來講，量子技術(shù)預(yù)示著一種新的信息技術(shù)手段，比較有用。

愛能否被量子物理解釋？

北京四中初中部初三學(xué)生蘇子悅：我對您有一個問題，這個問題您之前也提過，就是愛是必須嗎？我想或許愛是一種自然特質(zhì)，現(xiàn)在連人類意識的起源也能被解釋，那感情是不是也能被解釋呢？這個跟量子又有什么關(guān)系？

潘建偉：這是我一個良好的愿望，也是我的信念。按照道理，物理學(xué)家本身應(yīng)該相信實驗證據(jù)。大家看過一個科幻片《云圖》，里面有一個物理學(xué)家講過一句話：“我的舅舅是一個量子物理學(xué)家，他相信愛是一種自然現(xiàn)象”。但這個到現(xiàn)在是沒辦法證明的，也許某一天能夠證明。搞生命科學(xué)的人其實做過一個實驗，他們發(fā)現(xiàn)部落里面互相的關(guān)懷其實是一種需求，讓你能夠生存下來，是非常重要的。但因為現(xiàn)在基本上大家都說宇宙是獨立于我們而存在的，也沒有上帝在，至少我不相信上帝，也沒有人格化的天神在。這么一來，你做什么，從某種意義上來講，做什么都可以。沒有上帝在，沒有因果性，你干了壞事，只要不被別人知道，也就沒有什么關(guān)系。目前很多觀點來講，愛也解釋不清楚，為什么會有愛。

我一位搞遺傳學(xué)的同學(xué)講，父母對子女的愛是天然的，如果父母對子女不愛的話，我們進(jìn)化的時候，對小孩不關(guān)心，小孩全死光了，不愛下一代人就沒有后代了，全絕種了。但子女愛不愛上一代呢？這就不一定了。為什么中國古代制定很多孝順的道理來教育大家，要愛上一代，當(dāng)然道理可能沒有這么簡單，也沒有辦法解釋，只能這么講。

至少量子力學(xué)之前，我們沒有辦法來回答，為什么是有我們的存在的。非常有意思的是，光靠牛頓力學(xué)，我們知道時間是均勻的流逝，空間也是均勻的，所以我們永遠(yuǎn)存在下去，一代一代的。為什么？我們怎么來的？搞不清。只有圣經(jīng)里回答過，中國盤古開天辟地回答過。但后來有了量子力學(xué)之后，宇宙大爆炸理論告訴我們，有一個奇點爆炸了，先有第一代恒星，第一代恒星燃燒完了變成中子星，中子星碰撞產(chǎn)生重金屬，才有可能進(jìn)化出第二代恒星，產(chǎn)生我們現(xiàn)在的太陽，才能有生命。沒有重金屬的話，目前的生命很難存在的。從高溫世界進(jìn)化，把我們進(jìn)化出來了，到某一天忽然說我們回過來看看宇宙是什么樣的，這本身是要經(jīng)過很辛苦的過程。我們這么多粒子碰撞，組織成一個潘建偉，組織成一個蘇子悅，我們還能坐在這個地方說話，概率很小很小的。概率這么小，我們能坐在這里聊天，這是很大的緣分，是不是得珍惜一下。

我沒有辦法從理論上來證明愛是必須的，也許等到某一天方程可以算出來，愛是方程本身的必然需求。自然界里面盡管量子力學(xué)這幾個規(guī)律本身要求你是這樣的，但是這個現(xiàn)在還不知道，我只是說從宇宙開始進(jìn)化，進(jìn)化到我們現(xiàn)在，從沒有生命的，進(jìn)化到高等生命，然后能回過來看這個世界，研究這個世界，本身就是一種非常神奇的事情，我就會產(chǎn)生一種敬畏之感。大家都知道，整個銀河系有數(shù)千億顆恒星，我們的地球非常渺小，整個可見宇宙里有數(shù)千個銀河系，我們地球只是一個灰塵，非常渺小，從這個角度，我確實產(chǎn)生敬畏感。這只是我的理解。

宇宙中沒有任何一個人可以告訴你在哪里，你就有了分身術(shù)

北京中學(xué)高一學(xué)生趙天琪：我想問的問題是關(guān)于量子感應(yīng)，這個神奇的現(xiàn)象，它在未來還能投入在哪些方面的應(yīng)用？因為您是研究量子衛(wèi)星的，這個特點用在量子的空間信息交流，除此之外還可以應(yīng)用在什么方面？

潘建偉：你說的是量子衛(wèi)星，不是量子唯心吧？唯心就很可怕了。因為物理學(xué)家都相信客觀世界，是唯物的情況，你講的這個量子感應(yīng)，是不是量子糾纏。我當(dāng)時被兩個東西搞糊涂了。第一叫量子疊加，我們每天的生活當(dāng)中，這瓶水要么放在桌子上，要么放在地板上，它不會同時在兩個地方。但氫原子就不一樣了，就是一個原子核，外面有個電子在跑，電子在跑的時候，不僅可以處于基態(tài)，還有激發(fā)態(tài)，能量高一點就往外面跑，跑的過程中科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，某些時候粒子不僅可以在地板上能量低一點，可以在桌子上能量高一點，兩種狀態(tài)同時都存在，這是量子力學(xué)里面的基本現(xiàn)象。什么時候會有這種現(xiàn)象的存在呢？前提就是你不要去測量它處于什么狀態(tài)，這樣講起來比較抽象。

比如你去歐洲旅行，飛回北京，假定兩條航線，一條航線從莫斯科過來，另外一條航線從新加坡過來。你從歐洲回來到北京，因為在飛機上比較累，睡著了，你媽媽去接你的時候，她說你這次從莫斯科航線過來，還是從新加坡航線過來？你說，我左半邊感到非常溫暖，右半邊感覺非常寒冷，又冷又熱。你媽媽就會說你胡說八道，這孩子睡著了，弄不清。結(jié)果你就很老實了，每次回家睜大眼睛不睡覺，假定你天天回家，飛了一萬次，有五千次發(fā)現(xiàn)看到莫斯科的紅場，感到?jīng)鲲`颼的，五千次看到新加坡的獅子，圣淘沙里面有一個獅子，你感到渾身溫暖。你覺得很放心，原來第一次坐飛機搞錯了，只能在某一條航線上，不會同時在兩個地方。以后你出去又睡覺了，發(fā)現(xiàn)只要睡著的時候，每次到北京都感到又冷又熱。這個時候麻煩了，為了解釋這個現(xiàn)象，只能按照量子力學(xué)的觀點，當(dāng)你沒有看到自己在哪條航線的時候，你是同時處于兩個地方的疊加。你可能說，我坐飛機也睡覺，醒來沒有感覺又冷又熱，那是因為你在睡覺，旁邊的人可能中間醒來，他沒有睡覺，他看看我們在哪里航線。你睡著可能空姐沒有睡，或者飛行員沒有睡。所以什么時候你才會出現(xiàn)疊加的現(xiàn)象呢？就是整個宇宙當(dāng)中，沒有任何一個人、沒有任何一個機器能告訴我們，你是在哪的時候，其實你可以跟分身術(shù)一樣，在很多的地方。

這在我們每天的生活當(dāng)中是不可能發(fā)生的，但在微觀世界里，其實空氣當(dāng)中很多原子，光照過來也是照不到的，如果照到應(yīng)該可以看見。那你為什么沒有看到顆粒呢？因為很多東西照過來的時候，跟原子沒有相互作用。所以在大氣當(dāng)中飛的時候，很多原子在大多數(shù)特定條件下，是同時存在好幾個地方，這是微觀世界每時每刻都存在的，這個叫做量子疊加。光這個就夠奇怪了吧，當(dāng)時我想一兩個月沒有搞明白，覺得這是不可能的事情。

愛因斯坦又提出量子感應(yīng)，更奇怪了，比如說我這里有一瓶水，你這里有一瓶水，它們糾纏了。然后我跑回合肥，你在北京，我把這瓶水拿了扔一下，最后如果頭朝下，我打電話給你，天琪，你那瓶水也朝下吧，果然是這樣。我再一扔，我這邊朝上，你那邊也朝上，這個叫做量子感應(yīng)。這更奇怪了，相距這么遠(yuǎn)，我們和量子衛(wèi)星“墨子號”相距1206公里，結(jié)果測量子狀態(tài)，這邊是什么，那邊就是什么，這就叫做量子感應(yīng)，可以做量子密鑰分發(fā)第一種。另外一種，一個粒子處于兩種狀態(tài)，兩個粒子就有四種狀態(tài)，我們每天生活當(dāng)中，比如現(xiàn)在有六個人，每個人只有一種狀態(tài)，某個確定的時候總共只有一種組合，2的6次方種可能，但是只能處于某種狀態(tài)。量子世界當(dāng)中，每個人又可以坐凳子上，可以坐在地板上，同時兩個狀態(tài)都有，2的6次方，這個數(shù)字就比較大了。如果粒子數(shù)量越來越大，達(dá)到2的100次方的時候，它的計算可以算得非常快。這個體系悄悄看一下，它就發(fā)生了變化，利用變化感應(yīng)能力，就可以做一種量子傳感，可以做很好的精密測量。所以它的用處不僅在通信、計算上，還可以用在精密測量方面，都是非常有用的。

害怕科學(xué)沒有必要

現(xiàn)場提問：如何用量子學(xué)解決人類給自然環(huán)境帶來的迫害，比如霧霾、海洋垃圾這些？

潘建偉：我是比較樂觀的，現(xiàn)在一種比較可怕的說法，忽然每個國家的元首都是由希特勒掌握的話，大家開始原子彈亂扔了，地球就毀滅了。這是一種可能。所以大家經(jīng)常非常擔(dān)心，為什么有些人害怕，崇尚自然回到野外生活，這也是害怕在里面，害怕科學(xué)把生活都?xì)Я恕５辽倌壳盀橹箍茖W(xué)還是帶來的是好處，至少我的觀點是大于壞處，先不講心靈的問題，心靈問題目前還解決不了。另外，我們大的方向，如果說我們核聚變的問題很好解決，能源問題就解決了，人工智能如果真的很好解決的話，我們又有足夠的能源的話，可以造出很多機器人來替我們干活。再如果生命科學(xué)有很大的進(jìn)展，我們又活得比較健康，那我們就很舒服了，我們每天吃飯、聊天，討論一點科學(xué)前沿問題、哲學(xué)問題，不用忙著做自己不喜歡的事情，這個是比較好的。這里面所謂的基礎(chǔ)和前提都是物質(zhì)科學(xué)。所以我特別希望將來在座的好多人，有些去搞生命科學(xué)，有些搞能源科學(xué)，我覺能源可能是最重要的，最后歸結(jié)成能源，清潔能源之后，霧霾問題自然解決了，說一千道一萬都是能源不夠清潔，能源問題一定要解決，讓大家過得比較好，做更多的事情，人工智能和信息化肯定要做到，另外就是生命科學(xué)，讓大家活得開心、健康一點。不都是物理范疇，但是基礎(chǔ)都是一樣的。我們還有時間、還有希望，肯定能解決。

別老是把量子力學(xué)跟其他的問題聯(lián)系在一起

現(xiàn)場提問：楊振寧教授說過，物理學(xué)發(fā)展到極致就是哲學(xué)，哲學(xué)發(fā)展到極致就是宗教，牛頓以及其他一些科學(xué)家最后也信宗教，不知道您是否認(rèn)同這個體系？

潘建偉：我不記得楊先生講過這樣的話，他當(dāng)著我的面這么講的，我這個版本可能比較精確一點。楊先生說，科學(xué)往前進(jìn)一步，宗教往后退一步，科學(xué)再進(jìn)一步，神學(xué)又往會退一步，但是科學(xué)解決了有限問題，宗教最后總是無限，它可以一直往后退，但后面還是一個無限的。我有很多朋友，比如牛津大學(xué)副校長，也是做量子方面研究，他是非常虔誠的基督教徒，我問他圣經(jīng)里面的問題，真的相信上帝創(chuàng)世記，真的相信人死了能上天堂嗎？他覺得可以討論。只要可以討論，就又回到科學(xué)里面來。

我看過愛因斯坦文集，很多人說他最后信神了，我覺得愛因斯坦不是，他講的很清楚，他小時候是信宗教的，因為人總是害怕，生出來之后，將來怎么樣，會很怕死，小時候我母親抱著我，看完電影回家，路上很黑，我說有鬼來怎么辦？我母親說，不要怕啊，哪怕死了，可以重新投胎，我覺得這很好，很安定了，可以轉(zhuǎn)世，是永恒的，然后就不怕了。人活著走向宗教，是為了讓心靈上得到一種安全感，或者一種安寧，或者一種解放。愛因斯坦也是本來特別希望能夠找到這種感覺，所以他小時候十歲之前非常信教的，但是他到十來歲，學(xué)了歐幾里得的幾何原本，學(xué)了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)之后，說宗教天堂都是騙人的，用很好的語言偽裝起來的，別人問到底信不信上帝，他說不信人格化的上帝，但是我覺得有造物主的存在。有些人把它曲解了。牛心目當(dāng)中的上帝可能跟牛長得差不多，教堂里面的上帝跟我們?nèi)碎L得差不多。我看過一個片子，說神都是人造出來，不信宗教不就可以無法無天了嗎？不是的，我們的造物主是多么好啊，餓了可以吃，冷了有棉花，可以穿上衣服，吃飽了發(fā)現(xiàn)有音樂可以欣賞，這些東西背后沒有規(guī)律是不可能的，如果把這種東西當(dāng)作是一個上帝的話，我覺得也沒有什么關(guān)系，自然界是有規(guī)律的。所以從這種角度上來講，我是信仰，因為現(xiàn)在我證明不了，像愛是一種自然現(xiàn)象，我也認(rèn)可這種句話。不能簡單地把這些東西聯(lián)系在一起。

可是經(jīng)常有一些困擾的問題，別老是把量子力學(xué)跟其他的問題聯(lián)系在一起。朱清時校長關(guān)于量子力學(xué)所有描述，都是無可辯駁，是正確的。但他再解釋一下，說量子力學(xué)爬到山頂?shù)臅r候，佛學(xué)已經(jīng)在山頂?shù)任覀兞耍@我不是特別認(rèn)。我覺得量子力學(xué)可以用來算東西，可以算小數(shù)點后面十幾位都是正確的，當(dāng)然佛學(xué)是非常好的，我們叫做佛教，也有非常好的一些觀點，但讓你來算一下氫原子能譜是什么，這算不了，這不是我們解決的東西。所以說兩者有聯(lián)系，但是屬于不同范疇的東西。但它還是無限的，科學(xué)只能解決有限的問題，我們能力是有限的，我只能說我能解決哪些問題，哪些問題我現(xiàn)在不清楚。不清楚的問題，就讓宗教暫時先解決一下，等到將來科學(xué)進(jìn)步了，能夠再往前解決。