慶祝量子力學百年，黑爾戈蘭2025會議上的華人面孔 | 手記
Helgoland 2025國際研討會上的中國/華人面孔，從左至右為：Yiwen Chu（儲漪雯）、潘建偉、葉軍、蔣良
導讀：
1925年6月，德國年輕的物理學家維爾納·海森堡因花粉過敏來到北海上的小島黑爾戈蘭（Helgoland），短短數日，他完成重要計算，開創(chuàng)了矩陣力學，現代量子力學也由此宣告建立。
2025年6月10日，300名物理學家登上這座小島，參加黑爾戈蘭2025（Helgoland 2025）國際討論會，共同慶祝量子力學百年。《賽先生》在會議現場注意到，除了受邀做報告的中國科學技術大學教授潘建偉，在歐洲和美國工作的多位華人科學家也參加了這一盛會。
中國唯一受邀報告人潘建偉的量子夢想 | 黑爾戈蘭2025
專訪Peter Zoller：你的祖母會想要一臺量子計算機嗎？
歐洲是量子力學的搖籃。海森堡、玻爾、薛定諤、狄拉克、泡利等名字構成了量子力學革命的主角陣容。
100年前的中國，剛剛結束帝制十三年，現代科學教育尚在萌芽之中。1928年，旅美學者王守競在哥倫比亞大學憑借量子力學研究獲得博士學位，這被視為最早的中國貢獻（見文章：誰是中國研究量子力學第一人）。
100年后的6月，在量子力學誕生之地黑爾戈蘭島，包括Anton Zeilinger, Alain Aspect, Serge Haroche, David Wineland四位諾貝爾獎得主在內的約300名物理學家共同慶祝量子力學一百周年，并探討量子力學的基礎問題與其在現實世界應用之間的交叉研究。
在黑爾戈蘭島的北海報告廳，從6月10日-15日，29位量子研究領域的頂尖科學受邀做報告，其中華人學者占了三席，他們是來自中國科學技術大學的潘建偉、美國科羅拉多大學的葉軍以及蘇黎世聯(lián)邦理工學院的儲漪雯。來自芝加哥大學的華人學者蔣良受邀主持了島上五場小組討論中的一個。
中國量子衛(wèi)星繼續(xù)引領長距離
量子通信網
作為本次“黑爾戈蘭2025”國際研討會唯一一位來自中國本土高校和科研機構的報告人，中國科學技術大學教授潘建偉做了題為《量子信息處理的夢想與現實：過去、現在以及超越》的報告。（見文章：中國唯一受邀報告人潘建偉的量子夢想 |黑爾戈蘭2025）
盡管未能親臨現場，潘建偉通過一段30分鐘的視頻報告和實時連線，與黑爾戈蘭現場的科學家進行交流。
潘建偉系統(tǒng)回顧了全球量子通信領域在過去四十年的發(fā)展，并重點介紹了中國團隊取得的突破性進展，例如從2007實現“誘騙態(tài)”協(xié)議將光纖量子密鑰分發(fā)的安全距離突破百公里，到2016年“墨子號”衛(wèi)星成功發(fā)射，并在星地千公里間實現量子糾纏與密鑰分發(fā)。
他還表示，未來將通過構建多顆低軌衛(wèi)星組成的量子星座系統(tǒng)，并發(fā)展中高軌道（GEO）量子衛(wèi)星，以實現更高效、全球覆蓋的量子通信網絡。他透露，這顆衛(wèi)星的名字為Dawn，意為“曙光”。這是潘建偉團隊首次公布這一中高軌衛(wèi)星的昵稱。
潘建偉介紹，中國團隊正在多個平臺推進量子計算?！白鏇_之”系列超導處理器已經實現了105比特的量子計算，和已知最優(yōu)的經典算法相比，展示的計算優(yōu)勢超越經典計算機15個數量級；“九章”系列光子計算平臺系列目前已發(fā)展至“九章四號”（正在進行數據測試），實現了超過3000個光子事件的探測，在高斯玻色采樣問題中取得41個數量級的優(yōu)勢。
量子密鑰分發(fā)協(xié)議BB84的發(fā)明人之一、量子密鑰學奠基人Gilles Brassard在會議現場與潘建偉交流。圖片：陳曉雪
潘建偉坦言，盡管量子計算優(yōu)越性進展迅速，但通用容錯量子計算機仍需較長時間才能實現。“我們計劃在五年內實現對數百到上千量子比特的相干操控，開展量子模擬，探究高溫超導、量子霍爾效應等關鍵問題。10到15年內，希望將量子比特數擴展至百萬級，為通用量子計算奠基?！迸私▊フf。
葉軍：推動時間測量極限，
拓展量子物理基礎研究的邊界
美國科羅拉多大學教授葉軍做了題為“Scaling clock performance for fundamental physics”的報告，介紹量子精密測量的進展、增加原子數量所面臨的挑戰(zhàn)，利用釷-229開發(fā)核鐘的情況，以及這些技術在基礎物理領域的未來應用。
葉軍出生于上海，本科畢業(yè)于上海交通大學，隨后在美國求學、工作。他曾跟隨2005年諾貝爾物理學獎得主Jan Hall攻讀博士學位，并在加州理工學院完成博士后研究。之后，回到科羅拉多大學全職工作，并在科羅拉多大學和美國國家標準與技術研究所共同運營的實驗天體物理聯(lián)合研究所（JILA）任職。
這位2005年諾獎成果“光學頻率梳”背后的核心人物之一，現已將研究聚焦在如何借助超精密原子鐘測試量子引力等前沿問題，是將技術與基礎物理結合的代表人物，也是2021年墨子量子科技獎和2022年科學突破獎基礎物理學獎的獲得人。
去年9月，葉軍團隊做出了一項非常重要的工作，他們成功激發(fā)釷-229的核躍遷，實現與光鐘的頻率比對。
在報告中，葉軍首先回顧了原子鐘技術從單個離子囚禁到玻色-愛因斯坦凝聚體和簡并費米氣體的發(fā)展歷程。他指出，通過將原子置于光學晶格中，可以實現數千甚至數百萬個粒子同時工作，從而大幅提升時鐘的測量精度。
葉軍在黑爾戈蘭2025會議現場。圖源：陳曉雪
他特別介紹了團隊在鍶-87（Sr-87）費米子原子鐘方面的進展。起初，人們認為費米子原子之間不會相互作用，但隨著時鐘精度的提升，研究人員發(fā)現原子波函數的反對稱性以及由此產生的多體量子物理效應變得顯而易見，這使得原子鐘成為探測多體量子物理的強大工具，能夠揭示自旋網絡和相互作用自旋的復雜行為。
他還詳細介紹了利用原子鐘來探測引力紅移效應的工作。他展示了一個實驗方案，通過精確控制原子在不同高度的量子疊加態(tài)，可以在同一實驗中同時測量原子內部的自旋自由度和外部的引力場。
他進一步提出，如果時鐘精度能再提高兩到三個數量級，我們將能觀察到引力如何修正多體量子物理，從而在可測量的層面上探測量子引力效應。此外，通過構建量子網絡，將不同地點的原子鐘連接起來，有望實現非局域的質量疊加態(tài)，從而在更大的尺度上探測量子引力效應，即使是地球引力對量子系統(tǒng)的影響也將變得可觀測。
為進一步提高精度，葉軍團隊正努力增加原子數量至百萬級并引入量子糾纏技術。同時，他們積極研發(fā)基于釷-229核躍遷的新型光鐘（核鐘）。這種核鐘對基本常數變化極其敏感，敏感度比原子鐘高出6000倍，使其成為搜尋暗物質的有力工具。
葉軍還表示，如果按照微波原子鐘的發(fā)展軌跡，我們可能要到1000年以后才能觀察到量子引力效應。但是如果遵循光頻原子鐘的發(fā)展軌跡，我們可能在一百年后就能觀察到，但即使如此也是過于樂觀的一個預測。
“也許，這項技術需要另一次革命。也許我們應該轉一個彎，就像從微波原子鐘到光頻原子鐘一樣，在這里稍微轉個彎，可能在很多年后產生重大影響?！比~軍說。
他描繪了一個“異想天開”的場景：如果能夠制造出在不同量子疊加態(tài)中質量不同的原子，并讓它們相互吸引，那么在極端條件下，甚至可以觀察到量子引力引起的時鐘速率差異?！斑@些都是白日夢，完完全全的白日夢，但它或許能激勵你去思考新技術?！比~軍說。
童年成長于北京，8歲時隨父母移居美國的儲漪雯，本科畢業(yè)于麻省理工學院，跟隨中性原子量子處理平臺的奠基者之一Mikhail Lukin攻讀博士學位，后在耶魯大學Rob Schoelkopf 小組從事電路 QED 的博士后研究，目前任職于蘇黎世聯(lián)邦理工學院。
蘇黎世聯(lián)邦理工學院助理教授儲漪雯，圖源：ETH Zurich
這位量子信息領域的學術新星，首先介紹了其團隊在宏觀機械系統(tǒng)中實現了類似薛定諤貓的量子疊加態(tài)。她指出，他們制備的這種狀態(tài)涉及“約10^17 個原子在晶體內部的集體運動”，將其置于量子疊加態(tài)中。盡管原子在空間上的物理離域程度非常小，甚至小于原子核的尺寸（約 10^-18 米），但通過精密的量子控制和測量工具，研究人員成功在相空間中觀察到了這種宏觀量子疊加。這標志著在探索量子疊加態(tài)的質量尺度方面邁出了重要一步。
儲漪雯在黑爾戈蘭2025會議現場。圖片：陳曉雪
另外，儲漪雯還介紹了團隊的另外一項研究機械量子比特，解釋了如何利用機械諧振器作為極其靈敏的傳感器，來探測外部微弱信號，包括高頻引力波和暗物質。
報告最后，儲漪雯還探討了利用宏觀機械系統(tǒng)探測量子引力問題的可能性。她指出，盡管引力相互作用的耦合強度極小，但量子信息科學的工具，如量子糾錯和量子傳感，有望幫助克服這些挑戰(zhàn)。
芝加哥大學普利茲克分子工程學院教授蔣良主持了一場關于量子信息學的小組討論。
蔣良主持了Helgoland2025學術討論會中的一場小組討論。從左至右為：蔣良，新南威爾士大學教授、量子計算與通信技術卓越中心主任Michelle Simmons，耶魯大學教授Robert Schoelkopf， 加州大學伯克利分校量子信息與計算中心主任Birgitta Whaley，來自IBM的Charles Bennett。
蔣良是一位在量子信息領域備受矚目的青年學者，研究重點是利用量子控制和糾錯技術保護量子信息免于退相干，從而實現魯棒的量子信息處理。他是2022 年美國物理學會蘭道爾-貝內特量子計算獎、2022年布拉瓦特尼克國家青年科學家獎的獲獎人。
蔣良高中畢業(yè)于江蘇蘇州中學，曾獲1999年國際物理奧賽金牌，本科在北京大學學習了一年，后轉學到加州理工學院。2009年，他在哈佛大學獲得博士學位，導師為Mikhail Lukin。之后他又回到加州理工學院從事博士后研究，2012年加入耶魯大學應用物理系，先后擔任助理教授和副教授，2019年加入芝加哥大學至今。
芝加哥大學普利茲克分子工程學院教授蔣良。圖源：芝加哥大學
蔣良在十多年前和中國科學技術大學教授潘建偉有過交集。據他在2022年的一個采訪中回憶，他在讀博期間和Lukin提出了開發(fā)一種用于長距離通信的量子中繼器的方案。后來，他在一次會議上遇到了潘建偉，并和他分享了這一想法。而當時，潘建偉的團隊也提出了一個非常相似的想法。最后，他們都提交了論文，結果證明整個社區(qū)都很認可和喜歡這個主意。
蔣良在那次采訪中還表示：“量子技術的競賽其實是全球性的，不僅僅是美國和中國之間。還有很多其他參與者，比如歐洲、日本、加拿大、澳大利亞等等。我認為，量子技術不屬于某一個國家，它屬于整個人類。這項技術將惠及所有人。它不同于軍備競賽，它不是那種‘誰擁有就能攻擊別人’的武器。它更像是某種可以被利用、用來改進其他事物的技術。當然，我認為有一些健康的競爭是好事，它能促使大家更加努力，推動整個領域的進步。但目前來看，我覺得不同地區(qū)之間的競爭仍是健康的。未來隨著工業(yè)界的加入，當進入到產品交付階段時，競爭可能會加劇。”
據《賽先生》不完全統(tǒng)計，除了以上四位學者，來自中國和歐洲的近十位中國科學家也以海報形式在黑爾戈蘭2025國際研討會上展示了各自的研究成果。他們是：澳大利亞國立大學教授董道毅、中國科學技術大學教授施郁、北京量子信息科學研究院的兩位青年科學家張文綱和王睿俠，維也納量子光學與量子信息研究所資深博士后陳琳青，維也納大學博士后研究員蔣新賀，哥本哈根玻爾研究所助理教授習翔，馬普學會光學研究所博士后研究員朱昌龍、馬普學會量子光學研究所博士后研究員孫孝奇等。
一百年過去了，黑爾戈蘭島上的風依舊呼呼地吹，青草貼著地面生長，站在山頂頭發(fā)難免纏作一團。但華人科學家與中國科學，已成為世界科學版圖的重要組成。
