中國式科研決策機制有什麼優勢？聽王建宇、李淼怎麼說

導語：3月18日下午，中國科學院上海分院副院長、量子衛星總指揮王建宇做客文匯講堂，介紹「墨子號」的成功經驗，解讀中國式科技創新。在對話環節，王建宇與中山大學天文與空間科學研究院院長李淼就「墨子號」、量子信息學研究、量子技術民用的可能性等問題精彩交鋒，為觀眾帶來了一場人文解讀科技前沿的學術盛會。

整理丨丁怡、袁聖艷、張師楷、李念

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美國、歐共體某些項目的居前與喪失優勢與科學決策機制有關

李淼：王院長的演講多次提到了中國當前科研決策中的「國家行為」，它的優勢非常有利於做像「墨子號」這樣先鋒式的探索和實驗，這一點我感同身受。第一顆先導衛星「悟空號」，也得益於這種機制。華裔科學家丁肇中先生在美國主導探測暗物質的AMS02實驗，但在今天的美國確實很難發射這樣一顆衛星。特朗普近日已宣布要要削減衛生、健康、科學和技術領域的經費。

在美國，通常是科學家提出計劃，然後層層上遞到國會和總統，或許還會遭遇政見不合的拉鋸戰，歐洲則需要整個歐共體來集體決策，執行力就會大大下降。就我的研究領域，一年多前美國人探測到了引力波，這是在地面的實驗，他們想到太空去做實驗已經申報了20年，在歐共體也是兩年前才剛剛通過。這說明中國在決策方面有一定的優越性。

國家支持、開放政策、多元平台確保了我們決策的先進

王建宇：國家剛剛加大科研力度時，不少人抱怨我們的科技比較浮躁，西方國家如何鼓勵原創。通過「墨子號」工程，很多人改變了這種認識。這幾年，中國的科技發展確實特別快。2000年以來，我參加的科學院院工作會上，以往達到一般國際先進水平的項目就可以上會討論了，這兩年要看是否國際領先。

除了國家支持外，還得益於我們的開放政策，像李淼老師這樣的海歸都回來了，在國外單獨做和在國內大家一起做還是不一樣，很多新的東西層出不窮，科技的合作優越性又體現出來了。

另外，美國的審批制度中有時未必完全是科學性在起作用，夾雜著政治和利益鬥爭，但在中國，至少從科學家到領導人，都是視該科研是否真正在國際前沿，能否真出結果為標準。

我很幸運，2007年經科學院院領導介紹認識了潘院士，並開始合作。半年不到，科學院就啟動有史以來最大的一個項目來驗證此事的可行性，而且一下子就組織一個隊伍，這種速度和方法在國外是不太可能的。

在激光領域和半導體領域，中國從落後不多到喪失商機

李淼：中國科學和專家體量越來越大，要想在科學上引領，國家就必須選一些有可能突破的方向支持，「墨子號」是罕見的領跑的方向之一。這裡也有一些歷史經驗和教訓。中國人在美國人之後一年做出激光器，後來沒有持續經費的支持，就喪失了科學和商業的先機；半導體，我們本來也不落後多少，但是沒有選擇性跟上，現在中國晶元60%是進口。量子計算和量子通訊，現在儘管在實驗室階段，但如果有持續支持，直到突破實現民用，會為國家帶來巨大的改變。

目前做實驗的時間有限，地球同步衛星是下一步目標

李淼：我現在更多時間在做科學普及和科學傳播。請教王院長，「墨子號」在天上做實驗時，每次通訊可以持續多長時間？傳輸比特量多大？

王建宇：現在用的是太陽同步軌道衛星，繞地球轉一圈大概100分鐘，每天一個地方只過兩次，白天一次，晚上一次。做通訊實驗有兩個條件，第一衛星要看得到；第二背景不能太亮。因此，每個地面站一天最多做一次實驗，最長10分鐘左右，多的幾百秒，少則幾十秒，甚至十幾秒。多少比特量？原來設計指標是要超過每秒1K，後來做得比較好，能達到每秒到十幾K，小規模的密鑰應用已經夠了。如果每年能產生1G的密鑰，就能滿足國家很多方面的需求了。

如何突破？需要設計一個中高軌衛星，高度到36000公里，我們稱之為地球同步軌道衛星。衛星像燈一樣一直掛在空中，就可以隨時使用了。白天能否做？可以考慮用極窄光學濾波或者隔離技術，把光濾波器的帶寬做得極窄，就有可能。這兩個技術有待於今後幾年突破。

四個基站三層目標的不斷挑戰，完全領跑於國際

李淼：為什麼要建四個基站（註：「墨子號」工程在地面有四個接收站）？

王建宇：有一個過程。2007年潘建偉院士設的目標只是能做成世界第一個密鑰分發；2011年地面青海湖實驗做得很成功，科學家要求就提高了。他說，量子糾纏中「貝爾（Bell）不等式破缺」的驗證是全世界矚目的難點，我們能否放上去做？我說風險非常大。他說作為拓展項目，言下之意就是失敗了也沒有關係，我就答應了。過段時間他看做得很好又說，能否把隱形傳態也做進去？這叫額外任務。科學院簽任務書，第一、第二項做到是完成任務，三項都完成就叫做圓滿完成任務。蒙上帝眷顧，我們都做成了。

密鑰是從天上往下發，要進行量子為密鑰的通信演示，因此至少在地上放兩個站；第二個是我們怕實驗時間不夠——地面點時間會比較多，實驗機會就加強了。選擇西邊的三個站，就可以兩兩成對做糾纏實驗，這樣做糾纏分發就多一倍的機會，這是非常關鍵的。做糾纏天上要有兩個發射機，萬一有一個發射機不能正常工作，我們還能把一個測量端放在天上，單邊糾纏還能做成，這些都是為了提高可靠性。

「三隻鞋上月球」的比喻來理解隱形態傳輸原理

李淼：我解釋一下量子不可克隆定理。

在經典物理學中，東西都是可以克隆的，比如一張報紙，無論黑白、彩色都可以複印出來；這眼鏡挺好看的，在工廠裡面可以「山寨」。這些都是經典克隆，但量子不可克隆。在微觀世界，任何一個基本粒子在什麼地方，有多大速度完全不確定。如果一個客體是不確定的，物理上證明不能克隆，那麼技術上壓根是不可行的。

要想把光子偏振克隆到另外一個光子上是做不到的。打個比方，經典世界左腳鞋永遠是左腳，右腳永遠是右腳的，量子鞋可能是左腳也可能是右腳，也可能來回變化，我就沒有辦法克隆，這也是量子克隆難以竊聽的最根本的原因。

把一個粒子比喻成鞋，我想把右腳皮鞋送到月亮上去，但量子不可克隆，怎麼送？沒有辦法送不可克隆的東西。但是隱形態傳輸想了20多年，想出了一個非常絕妙的辦法。我先找一對量子皮鞋——一定是一隻左一隻右。我把其中一隻送到月球上，我不知道左右，但是量子糾纏告訴我們一定是一隻左一隻右。而第三隻皮鞋，是我本來想送上去的，我不送，因為我已經送了一隻皮鞋，一對量子皮鞋一隻留在我手裡，另外一隻送到月球上，現在拿第三隻皮鞋不管是左右，我想送到月球上，把第三隻皮鞋跟我手裡其中一隻比較，全是右，顯然月球的是左腳，就讓月球的翻過來。如果第三隻皮鞋是左腳，我手裡面本來有一隻，假定是右，一看肯定是一左一右，這個好理解，因為第三隻鞋和留在手裡的配對了，而月球上的那隻本來也和留在手裡的鞋配對。說起來很簡單，道理很深。

隱形態投入民用將實現了不起的破壞和恢復

王建宇：能否舉個例子，隱形傳態如何真正進入應用？

李淼：如果我想傳輸的系統是量子態的，比如量子態的我傳輸到另一個地方，必須在這個地方把我破壞掉，把破壞掉的信息通過我剛才說的三隻鞋的故事分發到另外一個地方去，另外一個地方可以把我的態或者我的人完全恢復。這告訴我們兩件事，量子態的我不可能拷貝成兩個李淼；如果想把我傳輸到外地去，必須把本地李淼毀滅掉，第三個地方恢復。如果可以實現的話非常了不起。

量子計算機可能在50年左右實現

王建宇：一位資深專家說，量子計算機可能是明天做出來，也可能是一千年以後做出來，怎麼理解？

李淼：算盤是經典計算機，計算機是體量、容量放大的算盤，電路裡面每個邏輯門開和關就是算盤裡面的算盤珠。算盤珠只有兩個態，出現和不出現，而量子計算不是算盤珠了，它的不確定性原理決定了量子有無窮多個態，可出現也可不出現，概率就在0和1之間，累加後會有很多很多量子比特。如果把經典計算比喻成走迷宮的一條道，那迷宮只有一條道走出去，量子計算是同時走所有的道，像1可出現也可不出現，也可同時出現，但是概率不一樣，你可同時走所有的可能性。以倒水為例，這杯水嘗試了所有道，量子計算就是倒一杯水的過程，肯定有一條效率最高的通道。

到底何時可以實現，最近我比較樂觀，要做量子計算要到微觀層面上實現量子態，而且保留足夠長的時間，把計算過程完成對科學家是最大的挑戰，有可能計算尚未完成，量子態就會破壞掉，現在用離子阱可讓量子態保留足夠長時間。我預測10年實現不了，應該是50年之內。

現場互動

是否糾纏目前依然難以證明，但糾纏態的應用已成熟

中國科學院上海分院在讀博士生林榕梅：怎樣判斷兩個物質是否發生了量子糾纏？

王建宇：量子糾纏現象存在於微觀世界裡面，物理學家經常說因為存在於微觀世界，所以在宏觀世界裡面看不到，可究竟微觀世界和宏觀世界分界線在哪裡，目前為止在理論上中沒有一個物理學家能準確回答出來這個問題。如何知道兩個任意量子之間究竟糾纏不糾纏？我們可以來測量。而在實際操作過程之中，更有意義的是我們可以想辦法產生出一對糾纏的量子態，再用這些糾纏態的量子解決我們實際過程中所需要解決的問題。比如量子定位中，如果用糾纏態測量時間，精度就會高於通常的辦法。

李淼：我認為在原則上目前為止確實無法確定兩個量子是否糾纏，但是像王院長所說，即使不知道為何糾纏也可以設計產生糾纏對。每產生一對光子，我們就可以讓它們糾纏起來，在物理原理上就是產生一對球對稱的光子，讓它們一個自旋向上一個自旋向下。產生量子的過程可以比作我們生產鞋子時，不需要知道生產的到底是左腳還是右腳的鞋子，而只需要在工序上保證一直是左右腳的鞋子交替生產的就可以了。至於檢驗是否糾纏的辦法，就是貝爾不等式被破壞的實驗。

量子力學和佛學沒有任何關係

康華互聯網醫院醫生陳文普：有人說現在的量子理論和古代中國講的陰陽、風水、易經等觀點有相似之處。而現在也有很多人宣稱要將量子理論應用到了生命科學和醫學等領域，是否可信？

李淼：王院長演講中已明確了，目前並不存在所謂的量子醫學、量子生物學等方面的學科研究。醫學是一門經驗科學，是一個系統學。中醫一定要和量子力學扯上關係，我認為在邏輯上並不成立。至於量子理論和傳統中國文化之間的關係，我已經應「文匯筆會」之邀，寫了一篇量子力學和佛教之間的關係的文章，具體內容不久會呈現，觀點是量子力學和佛學沒有任何關係。

量子力學並非顛覆牛頓力學，而是擴大了物理包容範圍

華東理工大學碩一學生侯志偉：量子力學提出以後，很多人都認為是打開了一個「潘多拉魔盒」。我想請問量子力學理論是否對微積分學，經典物理學構成了顛覆性的威脅？

王建宇：我覺得量子力學的出現並沒有否定牛頓力學，它們產生衝突的原因只是因為理論覆蓋的範圍不太一樣。可以說量子力學是比牛頓力學在更大程度上包含了物理現象，也許以後又會出來一個理論把量子力學包含進去，這就是科學發展的一個過程。但我們並不能因為量子力學的出現而說牛頓力學是錯的，它對宏觀世界的描述依然是正確的。比如航天工程領域，在計算軌道運行時我們就會用到牛頓力學的知識。

李淼：我也覺得量子力學的出現並不意味著對經典理論有顛覆性威脅，從實際運用的角度來說，量子力學應用到的幾大領域，比如激光發射器、半導體、核磁共振等技術，都是量子力學和其他諸如微積分、牛頓力學等理論融合起來才生產出來的產品，它們可以互相合作。缺了任何一種學說，我們今天都不會享受到這麼先進豐富的科技成果。

真正一流的科研人才，核心的工作支撐在中國國內

美國密歇根州某大學員工鄭康妮：目前中國國內的制度相對比較優化，有何措施能夠吸引更多國外的科技人才回國工作，避免人才的流失和浪費？

王建宇：我認為從某種意義上來說，現在應該是「回收」送到國際上的中國人才的時候了。國家已出台了許多政策，如「百人計劃」、「千人計劃」、「萬人計劃」等，都是為了吸引國外的學者回到國內發展。當然也要預防因為看到經費豐厚而回國的投機。

我很多同學都曾在或在國外學習生活，李淼老師應該也深有體會。一方面，在前期，你的科研工作會進展順利，生活優越，但一定階段便會遭遇門檻，受到許多質疑，很難進入核心部門，除非非常拔尖。像潘建偉這樣頂尖的科學家，真正要做出讓全世界轟動的科研成果，一定要回到國內才可行，因為這樣強度的重大支持在國外是很難得到的；另一方面，目前祖國的大門向海歸敞開，部分科研工作者如果暫時不能全職回來的話，或者配偶、子女還願意在國外，國家也有很多非常靈活的政策。

李淼：「青年千人計劃」中提及一些政策非常吸引人。不過有一個問題，不屬於該計劃範圍內的海歸，國家應該考慮出台新的政策。

科研的動力在於應用，量子通信投入民用並不遙遠

華東師範大學哲學教師佟珊：在人類發展的過程當中，一種是統治秩序，一種是目標秩序，我比較擔心的是墨子號或者量子力學的未來發展，會否造成馬爾庫塞說的「單向度的人」，因為民眾本身不太了解技術在未來對個體幸福走向的影響？

王建宇：科學研究最早起源於人類對自然的好奇。社會發展到現在，如果回望人類對自然的認識，可以發現仍然只是很小的一部分。這也是目前科學工作中花時間花財力和精力去做研究的一大動力。如果科研成果一直是無用的狀態，這個研究也不會長久持續。正如《科學美國人》雜誌對創新的評論：最偉大的創意往往也伴隨著最高的風險，但一個創意從引人發笑到變成大勢所趨，往往用不了多長時間，而其中有一些，顯然會帶來變革。如今過了七八年，中國的產業界已經看到了量子力學發展的契機，一切都比預料的來得快。

當然，目前中國大多數人對量子通信還不太了解。國內也需要像像李淼老師這樣的學者進行科普宣傳，讓大眾了解量子力學究竟是什麼，這也會推動科技的發展。

我認為量子進入到個人使用層面的時間可能也不會很遙遠，到某一天，可能每個pos機都會產生量子密碼，這個密碼甚至你自己都不知道，也就不會存在各種盜刷事件了。

解決科學帶來的「人的單向度」異化，仍需要科學

李淼：回望過去兩百多年的工業化歷程，我們一直在擔心，人是否會被科技成就和工業革命帶來的成果所異化？的確科技發展帶來許多現代病，人可能真的會被科技所塑造。

但是，我個人覺得解鈴還需系鈴人，要改變科學帶來的異化實際仍需要科學。舉個例子，回國後我很少開車，一定程度上有所不便。但是共享經濟又把我們解放出來。人的選擇從最初的單一變成多元化，就變得更自由了。

對於科技的未來，我個人非常樂觀。隨著技術的日益發展，個人可以節省大量時間去喝咖啡、聊天、娛樂。別人可以幫我做事，我也可以幫別人做事，但是我的工作效率提高了，人實際得到了很大的解放。如果量子計算可以實現，解放度更大了，可能工作一個小時就夠了。當然這也會帶來一些其他社會問題，今天暫且不談。

新的城市化、科技革命帶來的新問題，但是我相信社會和科技生活會最終會解決它們。

註：本文經許可轉載自「文匯講堂」。

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