大家好，我是中国科学技术大学袁岚峰。最近，我参与了今日头条与世界顶尖科学家协会推出的《科学家请回答2023》科普活动，跟2012年诺贝尔物理学奖获得者、法国科学家塞尔日·阿罗什（Serge Haroche）做了一场对谈。他和美国科学家大卫·维因兰德（David J. Wineland）共同获奖，原因是“突破性的实验方法，使我们能够测量与操纵单个量子体系”。
塞尔日·阿罗什（Serge Haroche）
大卫·维因兰德（David J. Wineland）
这话是什么意思呢？受过基础科学教育的人都知道，物质是由原子组成的，原子是由电子、质子、中子组成的。对科学了解更多的人可能还知道，光是由光子组成的。描述这些微观粒子基本运动规律的理论，就是量子力学。它是当今两大物理学基础理论之一，跟相对论并列。基于量子力学，人们发明了激光、核能、半导体、发光二极管等几乎所有的现代技术。
然而，所有这些技术都有个共同点：它们操作的都是大量粒子的集合，而不是单个粒子。实际上，量子力学的奠基人们还曾经认为，操控单个粒子是不可能的。这是因为量子力学有很多奇特的性质，例如量子叠加、量子纠缠，它们跟经典世界的经验格格不入，最著名的例子就是薛定谔那只半死不活的猫。为什么在微观世界理论上允许存在这种猫态，而在宏观世界就不会看到呢？为了避免动物保护协会的抗议，最方便的方法就是认为它压根就制备不出来！
当然这是开个玩笑，真正的原因是操纵单个粒子的难度太大了，以至于前辈科学家们根本没有考虑过这个问题。然而，阿罗什和维因兰德打破了这个思维定势，他们设计了极其巧妙的方法，第一次使我们能够精细地操控单个粒子的状态。由此就可以观测到种种奇妙的量子性质，包括真正意义的薛定谔猫态。他们甚至还能观测到薛定谔猫态如何衰变成普通状态的过程，这是环境跟量子体系作用的结果。
阿罗什的研究领域是量子光学，不过我们也经常把他称为量子信息领域的获奖者。为什么呢？因为量子信息是量子力学和信息科学的交叉科学，而要实现量子信息，前提就是要能够操控单个粒子，因此阿罗什和维因兰德的实验对此具有奠基性的作用。
那么，阿罗什是如何实现单粒子操控的？他们由此得到了什么惊人的结果？这对基础研究、日常应用以至哲学有什么意义？这些就是我跟他对话的精彩内容。12月1日起，我们将上线3期视频，为朋友们带来这场对话。
在现场录制过程中，阿罗什教授还谈到了他对量子计算发展前景的看法，以及他的科普书《光的探索》（法文版2021年出版，中文版即将出版）。他提到反科学的潮流一直存在，但现在随着后真相和另类事实的兴起，它们正朝着一个特别有害的方向发展，因此科普在当今时代更加肩负重大的使命。
■ 扩展阅读
诺贝尔物理学奖得主塞尔日·阿罗什携《光的探索》做客墨子沙龙
风云之声
科学 · 爱国 · 价值
继续阅读
阅读原文
关键词
薛定谔
原子
就是
科学家
量子信息