原文轉自中國光學微信公眾號不久前，諾貝爾物理學獎授予了法國物理學家阿蘭·阿斯佩（Alain Aspect）、美國理論和實驗物理學家約翰·克勞澤（John f. Clauser）和奧地利物理學家安東·塞林格（Anton Zeilinger），以表彰他們在量子信息科學研究方面所作出的貢獻，這也意味著人類正在進入全新的量子信息時代。而在中國有這樣一位科學家，他從上個世紀80年代開始便率先在中國扛起量子研究的大旗，在這片量子光學和量子信息學發(fā)展還很貧瘠的土地上“開荒”“耕耘”，他就是郭光燦院士。

“昨夜西風凋碧樹。獨上高樓，望盡天涯路”。他以興趣為起點，以科學家責任為擔當，挑戰(zhàn)人生第一道門檻——量子光學。那時在中國，量子光學還是無人問津的領域，他冒著科研生涯“竹籃打水一場空”的風險，頂著否定和懷疑，甘當冒險者，在近60年的歲月長河中培養(yǎng)了35屆學生，發(fā)起中國第一屆量子光學會議，加快了中國量子光學發(fā)展的腳步。彼時的他是蒼茫量子大地上孤獨的“牧羊人”。

“衣帶漸寬終不悔，為伊消得人憔悴”。90年代初，他以敏銳的目光將研究聚焦在量子信息這一“小荷才露尖尖角”的領域，挑戰(zhàn)人生第二道門檻——量子信息學，試圖尋找新的突破點和方向，推動中國在這一新興交叉學科的領域拔得頭籌，站穩(wěn)腳跟。如今，中國在量子優(yōu)盤、量子芯片等方面的研究居世界前列，中國量子信息的研究實現(xiàn)了與國際同行并駕齊驅的局面。此時的他是等到寒冬融化了牧場的“牧羊人”。

“眾里尋他千百度，驀然回首，那人卻在燈火闌珊處”。如今已入耄耋之年的他開始挑戰(zhàn)人生的第三道門檻——揭秘經(jīng)典世界和量子世界的奧秘。科學的魅力在于下一秒的未可知，如今的他依然樂此不疲地奮戰(zhàn)在科研一線，做科普，教學生。現(xiàn)在的他是吹開了笑臉的“牧羊人”。

接下來，請跟隨“Light人物”，一起走進神秘莫測的“量子世界”，感受量子帶給我們的科學之美。

郭光燦，中國量子光學和量子信息科學的開拓者、先行者與奠基人。中國科學院院士、第三世界科學院院士、中國科學技術大學教授、中國光學學會前理事長。1965年郭光燦從中國科學技術大學本科畢業(yè)后留校任教；1981年至1983年作為訪問學者，前往加拿大多倫多大學學習；2003年當選為中國科學院院士；2009年當選為第三世界科學院院士。20世紀80年代，郭光燦率先將量子光學理論體系引入國內。20世紀90年代，郭光燦又率先將目光投向量子信息領域，承擔國家“973計劃”項目，使量子信息科學在中國獲得了長足發(fā)展。他曾提出概率量子克隆原理，推導出最大克隆效率，在實驗上研制成功概率量子克隆機和普適量子克隆機。2021年，郭光燦憑借《基于量子信息技術研究量子物理基本問題》獲得2020年度國家自然科學獎二等獎。

采訪對象：郭光燦（中國科學技術大學）

采訪人：王卉

1Q：作為中國量子領域的開拓者和發(fā)展人，您能簡要介紹一下您的研究方向和內容嗎？A：我于80年代初開啟了量子科學的研究征途，最初十年主要從事量子光學基礎研究，九十年代初跨進到量子信息領域，并逐步建立充滿活力的研究團隊，創(chuàng)建了中國第一個省部級量子信息重點實驗室。主要研究方向和內容包括：
①量子計算。基于半導體、超導、離子阱和光學系統(tǒng)等研制專用的量子模擬和通用量子計算機；
②量子糾纏網(wǎng)絡。研制量子光源、量子通道、量子存儲器等。實現(xiàn)量子中繼和量子優(yōu)盤，構建大尺度量子網(wǎng)絡；
③量子精密測量。利用固態(tài)自旋和冷原子系綜等研制高精密的量子傳感和量子探測裝置。研制集成的量子芯片；
④實用化量子密碼。研制高效、實用、安全的量子密碼系統(tǒng)，探索新型的量子密碼體系；
⑤ 量子物理基本問題。理論上研究量子信息和量子物理的基本問題，并使用量子信息技術進行實驗探索。
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Q：您和段路明發(fā)表了中國物理學家關于量子研究的最早一批論文。1997年您在《物理評論快報》發(fā)表的論文中提出“通過比特配對來保持量子計算中的相干性”的方案。一年后，您提出的概率量子克隆原理，被稱為“段-郭克隆機”，震驚了國際量子光學界。據(jù)我所知，您的學術之路并非一帆風順，那您在探索道路上遇到了哪些困難？克服這些障礙對量子光學的發(fā)展有什么意義？

A：無論是開啟量子光學還是繼后的量子信息研究，當時在國內學術界都屬“冷門”，很難得到理解和支持，甚至被扣上“偽科學”的帽子。坐了二十年“孤獨無援”的冷板凳，一直到2001年獲得科技部第一個“973”項目才獲得轉機。量子信息技術沒有國家經(jīng)費的支持是不可能獲得重要進展的。

我研究量子光學的動機主要是個人對量子科學的興趣。當我看到量子信息技術對提升國力和民族復興有著極其重要的作用，尤其是量子計算必將成為國際戰(zhàn)略競爭的焦點，雖然大眾極不理解，但是我有責任努力去爭取學術界和領導決策層的理解和支持，推動中國盡快投入到這個新興交叉學科的競爭，發(fā)出中國人的聲音。科技部自此之后就一直關注和支持量子信息領域的發(fā)展。我作為第一個“973”項目的首席科學家，也盡可能去團結國內相關學術隊伍，這個項目先后培養(yǎng)了量子信息領域的五位院士。因此，我認為，2001年是中國量子信息發(fā)展的轉折點。

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Q：2000年，您和團隊憑借“利用光腔制備兩原子糾纏的方案”研究再次引起世界矚目，法國物理學家塞爾日·阿羅什(Serge Haroche)因驗證該試驗，證明了分離單個離子和光子是可能的，而被授予2012年諾貝爾物理學獎。您認為此方法的重要意義是什么？

A：法國科學家塞爾日·阿羅什獲得2012年諾貝爾物理學獎，是因為他第一個在實驗上成功地調控單個原子，從而開啟了“量子調控”新時代。我們的理論方案是制備兩個原子糾纏的有效途徑。阿羅什用他的實驗方法和技術采用我們的方案制備了兩原子糾纏態(tài)。這是他量子調控成功的佐證之一。4

Q：不久前，您第一次在毫米量級的宏觀世界里沒有漏洞地驗證了LG（Leggett-Grag）不等式，對量子力學發(fā)展的第二次革命產(chǎn)生了重大影響，從量子光學到量子信息學再到量子力學，您是如何做到無縫銜接的？這項成果對量子力學的發(fā)展有什么意義？

A：量子光學是研究光與物質相互作用的全量子理論，它將量子力學應用到光學領域，80年代這個學科已經(jīng)十分成熟，但國內因為各種原因對量子光學知之甚少，我們的工作只是填補了國內的空白，將量子光學應用到物理學各領域，同時培養(yǎng)一支量子光學的科研和教學隊伍。量子信息是將量子力學應用到信息領域，在這個新興交叉學科發(fā)展初期，信息載體多數(shù)是光場，我們及時將成熟的量子光學理論應用到量子信息的研究中，很快就取得了一系列重要進展。量子信息其后的發(fā)展就逐步擴展到原子、凝聚態(tài)領域。而當量子信息技術發(fā)展較為成熟后，我們又將該技術反過來應用于研究量子世界的奧秘，發(fā)現(xiàn)許多新的量子現(xiàn)象。無漏洞地驗證LG不等式就是其中的成果之一。這些研究加深了人們對量子力學的理解，有力地推動著量子力學更深刻地發(fā)展。

5Q：如今“量子優(yōu)盤”的概念非常火，您能簡要向我們介紹一下它的工作原理嗎？它的出現(xiàn)會引起哪些變化？

A：“量子優(yōu)盤”工作原理：將欲傳遞的量子信息存儲在“優(yōu)盤”里，然后運用傳統(tǒng)的運輸工具，如高鐵、汽車、飛機等將“量子優(yōu)盤”運送到接收地方，取出其中的信息。這種遠程傳送量子信息的方法可以彌補光纖遠程量子通信的不足，它無需糾纏源和量子中繼，而且可以傳送到無光纖端口的地方，是種新穎的遠程量子通信方案。當然要實現(xiàn)這種遠程量子通信，“量子優(yōu)盤”必須達到若干性能指標：存儲時間應大于一個小時。目前我們的相干光存儲已達到一個小時，甚至有望達到25小時，進一步實現(xiàn)單光子存儲；存儲器的存儲模式應足夠多；保真度要足夠高等。進一步的發(fā)展應當實現(xiàn)兩個量子優(yōu)盤的糾纏，將其中一個優(yōu)盤傳送到對方，這可確保信息傳輸?shù)陌踩裕驗榧词惯@個優(yōu)盤被竊聽者盜走，它也無法取出所傳輸?shù)娜魏涡畔ⅰ?br />6Q：由您倡議并首次組織發(fā)起的量子光學會議從初建時的十幾人到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為500人以上的科學大會，為量子學領域的學者提供了學習和分享交流的機會，您當初為什么想要舉辦這個會議？它的發(fā)展軌跡達到了您的預期了么？
A：我之所以在80年代發(fā)起和組織“量子光學會議”，是因為我意識到“量子光學”是門重要的基礎性學科，不僅對光學領域甚至對整個物理學都極其重要，必須盡快介紹給國內學術界，推動量子光學在國內發(fā)展。1984年在安徽瑯琊山種下“量子光學”的種子，之后每兩年召開一次全國性學術會議，吸引越來越多的年輕人加入量子光學隊伍。尤其是量子信息誕生后，量子光學在其中發(fā)揮了舉足輕重的作用，研究隊伍迅速擴大，各高校陸續(xù)開設“量子光學”課程。“量子光學”在國內很快生根結果，呈現(xiàn)一派生機盎然的前景，達到了我當初的預期。
7Q：量子學現(xiàn)如今成為公認的重要學科，您覺得它為什么能夠如此快速地發(fā)展？A：“量子信息”發(fā)展如此迅速是因為它為人類社會提供了一種嶄新的信息技術，其性能遠遠超越當下的信息技術。一旦量子技術廣泛獲得應用，人類社會生產(chǎn)力可以提升到新的水平。正是人類發(fā)展的重大需求促使量子信息迅速發(fā)展。

8Q：您在決定從事量子光學時，曾遭到很多質疑和反對的聲音，那時很多人對“量子”都很陌生，您為什么想要研究“量子學“相關研究？現(xiàn)在回頭看您覺得有哪些收獲？

A：當一門學科剛萌芽時，多數(shù)人不理解，提出質疑甚至反對，這屬于正常現(xiàn)象。現(xiàn)在回想起來，我當時一接觸到“量子信息”就被深深吸引住，很快意識到這門新生學科有巨大的發(fā)展前景，便毫無猶豫地全力投入進去。之后越研究越感到其潛力巨大，并逐步地把握住量子信息技術發(fā)展的脈搏，提前布局，迅速做出前沿性成果，并形成當下實驗室完整布局。

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Q：您曾培養(yǎng)了80余名博士生，您注重學生哪些能力的培養(yǎng)？您對他/她們的期望是什么？

A：科學研究要有積累和傳承，我相信“量子信息”的發(fā)展需要幾代人的共同努力，因此非常注重學生培養(yǎng)。目前已培養(yǎng)了80余名博士，其中5人榮獲過百篇優(yōu)秀博士論文。我在培養(yǎng)學生時特別注意①激發(fā)學生對科研的熱情，并將科研作為終生奮斗的事業(yè)；②為學生選擇國際前沿的課題，鼓勵學生做出國際一流成果；③盡量為學生創(chuàng)造良好科研和生活條件；④確保實驗室有良好的學術風氣，培養(yǎng)學生實事求是的科學精神。將“品味科學”作為我們的座右銘。我期望在中國的土地上培養(yǎng)出國際一流的人才。

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Q：2017年，您與自己的學生、中國科學技術大學郭國平教授聯(lián)合創(chuàng)立了合肥本源量子計算科技有限責任公司，這是中國第一家致力于量子計算機開發(fā)的公司，該公司取得了很多突破性成果，您能簡要介紹一下嗎？請您簡談一下科研和產(chǎn)業(yè)兩者的關系？

A：本源量子計算公司是為將我們實驗室十多年量子計算研究的成果開發(fā)為可實用的工程化量子計算機而創(chuàng)建的。其技術骨干是我們培養(yǎng)的量子計算博士。五年期間，已先后自主研發(fā)出24比特和64比特超導量子計算機（本源悟源），已交付用戶使用。開發(fā)國內第一款司南操作系統(tǒng)、”本源天機“量子計算測控系統(tǒng)等一系列相關的量子器件；量子計算云平臺正式上線，至今注冊用戶已達數(shù)千人。這是國內第一家全棧式工程化的量子計算公司，在國際上有一定影響。

量子信息技術的價值在于為人類社會提供性能優(yōu)異的量子技術和器件。當我們在實驗室研究中發(fā)現(xiàn)某些有望實際應用的新原理和方法后，就應盡快向實用方向推進。但是這個過程必須解決大量的技術和工程問題。這就需要大量的量子工程師，學校和研究單位只能有量子科學家的編制，建立公司卻可以大量培養(yǎng)量子工程師，兩股力量有機結合，是推進新器件研發(fā)和應用的最好途徑。這是我們的體會。

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Q：您今年已入耄耋之年，是什么原因讓您一直堅守在科研一線？

A：過了八十歲，我依然堅守在科研一線，主要原因是我內心執(zhí)著于科學探索。奇妙的量子世界，會不斷涌現(xiàn)出令人驚嘆的新現(xiàn)象，讓你回味無窮，無法釋懷，從而更進一步激發(fā)起你的好奇心，欲罷不能！這種探索不受年齡限制，只要精神在，探索腳步就不會停。

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Q：您認為一名科研工作者必備的素質有哪些？

A：作為一名科研工作者必備的素質應該是：對探索大自然充滿著熱情；有良好的科學精神和素養(yǎng)；有堅韌不拔的意志，永不言敗。

13Q：您人生的信條是什么？

A：我的人生信條是：真誠待人，純真做事。
14Q：您平時有什么興趣和愛好嗎？A：興趣和愛好：讀書，聽音樂。年輕時是排球、羽毛球、保齡球和長跑。現(xiàn)在是八段錦和散步。

趣

15Q：您對當代年輕科研工作者有什么建議和期待？A：當代年輕科研工作者應當珍惜當前得來不易的科研環(huán)境，有追求科學研究的熱情，將個人目標與國家需求結合起來；應當具有實事求是的科學精神，為人類為國家貢獻出人生的價值。