在2025年6月10日的时候,有300名物理学家登上了这座小岛,他们去参加黑尔戈兰2025(2025)国际讨论会,一起庆祝量子力学百年。《赛先生》在会议现场留意到,除了受到邀请去做报告的中国科学技术大学教授潘建伟,在欧洲工作的多位华人科学家,还有在美国工作的多位华人科学家,他们也都参加了这一盛会。
量子力学的摇篮是欧洲,海森堡、玻尔、薛定谔、狄拉克、泡利等名字,构成了量子力学革命的主角阵容。
地处100年前的中国,那时距离刚刚结束帝制已过去十三年,现代科学教育当时正处于尚在萌芽的状态之中。在1928年的时间节点上,赴美的学者王守竞于哥伦比亚大学凭借其在量子力学方面的研究成功获得博士学位,此情况被认定为最早的中国方面的有关贡献(可见文章:谁是中国研究量子力学第一人)。
在一百年之后的6月,于量子力学诞生的地方黑尔戈兰岛,有大约300名物理学家,其中包括Anton、Alain、Serge、David这四位诺贝尔奖得主,他们一同庆祝量子力学过去了一百周年,并且探究量子力学的基础方面的问题与这个理论在现实世界里应用之间的交叉性研究。
6月10日至15日,在黑尔戈兰岛的北海报告厅,29位量子研究领域顶尖科学家受邀做报告,其中有三席是华人学者,分别是来自中国科学技术大学的潘建伟、美国科罗拉多大学的叶军以及苏黎世联邦理工学院的储漪雯。来自芝加哥大学的华人学者蒋良,受邀主持了岛上五场小组讨论中的一场。
一、潘建伟,“墨子号”之后再至“曙光号”,中国量子卫星持续引领长距离量子通信网络。
本次“黑尔戈兰 2025”国际研讨会物理竞赛量子力学,有一位来自中国本土高校和科研机构的报告人,他是中国科学技术大学教授潘建伟,并且是唯一的,他做了题为《量子信息处理的梦想与现实:过去、现在以及超越》的报告。(见文章:中国唯一受邀报告人潘建伟的量子梦想 |黑尔戈兰2025)
中国物理学家潘建伟。资料图。
即使没能亲身到达现场,潘建伟借助一段长达30分钟的视频报告以及实时连线,跟处于黑尔戈兰现场的科学家展开交流。
潘建伟对全球量子通信领域过去四十年所历经的发展进行了系统的回顾与总结,着重介绍了中国团队所获取的突破性进展,像在2007年达成“诱骗态”相关协议,借此把光纤量子密钥分发的安全性方面的距离获得拓展,成功突破百公里,而后到2016年“墨子号”卫星达成成功发射的成果,并在星地千公里的范围之间成功就量子纠缠以及密钥分发达成了目标。
他亦说道,往后要经由搭建由多颗低轨卫星所构成的量子星座系统,并且推进中高轨道(GEO)量子卫星的发展,从而达成更具效率、覆盖全球的量子通信网络。他予以披露,这颗卫星的称谓是Dawn,意思是“曙光”。这是潘建伟团队头一回公布这一中高轨卫星的昵称。
潘建伟进行介绍,中国团队于多个平台推进量子计算,“祖冲之”系列超导处理器达成了105比特的量子计算,其与已知最优的经典算法相比较,所展示出的计算优势超越经典计算机15个数量级,“九章”系列光子计算平台系列当前已发展至“九章四号”(正在开展数据测试),达成了超过3000个光子事件的探测,在高斯玻色采样问题里取得41个数量级的优势。
现场于会议之中,和潘建伟进行交流沟通的人,是量子密钥学的奠基者,同时也是量子密钥分发协议BB84的发明人里其中的一位。图片来源之人是陈晓雪。
潘建伟表示,虽说量子计算优越性方面的进展十分快速,然而通用容错量子计算机的实现仍旧需要相当长的一段时间,潘建伟讲,“我们打算在五年之内达成对数百至上千量子比特的相干操控,去开展量子模拟,对高温超导、量子霍尔效应等关键问题加以探究。在10到15年的时间里,期望把量子比特数扩大到百万级,以此为通用量子计算奠定基础。”。
二、叶军:推动时间测量极限,拓展量子物理基础研究的边界
美国科罗拉多大学的教授叶军,做了一个题为“clock for ”的报告,这个报告介绍了量子精密测量的进展,介绍了增加原子数量时所面临的挑战,介绍了利用钍 - 229开发核钟的情况,还介绍了这些技术在基础物理领域的未来应用。

出生于上海的叶军,本科是从上海交通大学毕业的,之后在美国展开求学以及工作,他曾跟着2005年诺贝尔物理学奖得主Jan Hall攻读博士学位,还在加州理工学院完成了博士后研究,之后回到科罗拉多大学进行全职工作,并且在科罗拉多大学和美国国家标准与技术研究所共同运营的实验天体物理联合研究所(JILA)任职。
科罗拉多大学教授叶军。图源:维基百科
他是2005年诺奖成果“光学频率梳”背后核心人物之一,他现在把研究重点放在怎样借助超精密原子钟测试量子引力等前沿问题上,他是将技术与基础物理结合的代表人物,他还是2021年墨子量子科技奖获得者,他也是2022年科学突破奖基础物理学奖的获得人。
去年9月,叶军团队开展了一项工作,这项工作非常重要,他们成功激发了钍-229的核跃迁,借此实现了与光钟的频率比对。
关于报告方面,叶军率先回顾了原子钟技术的发展进程,此进程是从单个离子囚禁开始,一直到包括玻色 - 爱因斯坦凝聚体以及简并费米气体的阶段。他还指出,借助把原子放在光学晶格里的方式,能够达成使数千乃至数百万个粒子同时进行工作的成果,进而能够把时钟的测量精度大大地予以提升。
叶军在黑尔戈兰2025会议现场。图源:陈晓雪
他专门介绍了团队于锶 - 87(Sr - 87)费米子原子钟方面所取得的进展,最初的时候,人们觉得费米子原子彼此是不会产生相互作用的,然而,随着时钟精度的不断提高,研究人员察觉到原子波函数的反对称性以及因之出现的多体量子物理效应变得十分明显了,这就致使原子钟成为了探测多体量子物理的一种强大工具,能够展现出自旋网络以及相互作用自旋的复杂行为。
他详细介绍了借助原子钟去探测引力红移效应的工作。他展示了一个实验方案咧,通过精准把控原子于不同高度的量子叠加态,能够在同一个实验里一同测量原子内部的自旋自由度以及外部的引力场。
他又提出,要是时钟精度能够再次提升两及三个数量级,那我们就能够观察到引力怎样去修正多体量子物理,进而在可测量的层面之上探测量子引力效应。除此之外,凭借构建量子网络,把不同地点的原子钟连接到一起物理竞赛量子力学,有希望达成非局域的质量叠加态,以此在更大的尺度当中探测量子引力效应,就算是地球引力对量子系统的影响也会变得能够观测。
为了更进一层地把精度予以提升,叶军所领导的团队以精益求精的态度积极地致力于将原子数量增添到百万级别的规模,并且把量子纠缠技术引入进来。同时此刻,他们在科研探索的之路上坚持不懈、满怀热忱地开展有关钻研。该钻探内容围绕着基于钍-229核跃迁的新型光钟(即为核钟)展开。这种核钟对于基本常数的变化展现出超乎寻常的敏感程度,其敏感度跟原子钟相比要高出6000倍之多,这样的特性致使它成为了搜寻暗物质的一种具备强大效力的工具。
叶军还讲了,要是依照微波原子钟的发展走向,我们或许得等到1000年往后才能察觉到量子引力效应。可是要是依照光频原子钟的发展轨迹起步网校,我们有可能在一百年后就能看到,但就算如此这也是一个过于乐观的预测。
兴许,此项技术需再有一回变革。兴许我们得拐个弯儿,恰似从微波原子钟迈向光频原子钟那般,于此处稍稍拐个弯儿,或许在多年之后会引发重大作用。”叶军讲道。
他刻画了一个“想入非非”的情景,要是能够打造出处于各异量子叠加态而质量不一样的原子,还能使它们彼此外在作用吸引,那么在极端情形下,甚至有可能观测到依据量子引力致使之时钟速率形成的差异。“这些统统都是白日做梦,十足纯粹的白日做梦,不过它说不定能够激发你着手思索新技术。”叶军讲道。
三、储漪雯:探寻量子现象“消失”的边界
储漪雯童年是在北京成长起来的,8岁的时候随着父母搬迁到了美国,她本科是在麻省理工学院毕业的,她跟随中性原子量子处理平台的奠基者其中之一Lukin去攻读博士学位,之后在耶鲁大学Rob小组进行电路QED的博士后研究,目前在苏黎世联邦理工学院任职。

苏黎世联邦理工学院助理教授储漪雯,图源:ETH
介绍了其团队在宏观机械系统里实现类似薛定谔猫量子叠加态的这位量子信息领域学术新星,指出他们制备的状态涉及约10^17个原子在晶体内部的集体运动。这些原子被置于量子叠加态中,虽然在空间上物理离域程度极小,小于原子核尺寸约10^-18米,然而借助精密量子控制和测量工具,研究人员成功在相空间中观察到了这种宏观量子叠加。这标志着在探索量子叠加态的质量尺度方面迈出了重要一步。
储漪雯在黑尔戈兰2025会议现场。图片:陈晓雪
此外,储漪雯还介绍了团队的另一项研究,即机械量子比特,阐述了怎样借助机械谐振器当作极为灵敏的传感器,用以探测外部微弱信号,其中涵盖高频引力波以及暗物质。
在报告的末尾部分,储漪雯还针对利用宏观机械系统去探测量子引力问题的可能性展开了探讨。她明确指出,虽然引力相互作用的耦合强度是极其微小的,然而量子信息科学的工具,像量子纠错以及量子传感,是有希望协助克服这些挑战的。
四、蒋良:主持小组讨论的那位华人科学家
主持一场关于量子信息学的小组讨论的人,是芝加哥大学普利兹克分子工程学院教授蒋良。
主持学术讨论会里一场小组讨论的是蒋良,从左边到右边依次是蒋良,新南威尔士大学教授、量子计算与通信技术卓越中心主任,耶鲁大学教授,加州大学伯克利分校量子信息与计算中心主任还加入一位来自IBM的。
蒋良是青年学者,在量子信息领域备受瞩目,其研究重点涵盖运用了量子控制亦或是运用纠错技术,以此来保护相关量子信息,避免遭遇退相干情况,进而达成鲁棒的量子信息处理这一目标。他领取2022年美国物理学会兰道尔 - 贝内特量子计算奖,他还领取2022年布拉瓦特尼克国家青年科学家奖。
蒋良高中是从江苏苏州中学毕业的,在1999年获得了国际物理奥赛金牌,本科于北京大学学习了一年时间,随后转学到加州理工学院,2009年,其在哈佛大学拿到博士学位,导师是Lukin,之后又返回加州理工学院开展博士后研究,2012年加入耶鲁大学应用物理系,先后出任助理教授以及副教授,2019年加入芝加哥大学直至现在。
芝加哥大学普利兹克分子工程学院教授蒋良。图源:芝加哥大学
十多年前,蒋良和中国科学技术大学教授潘建伟有过交集,在2022年一个采访中他回忆,读博期间他和Lukin提出开发一种用于长距离通信的量子中继器方案,后来在一次会议上遇到潘建伟并分享了这一想法,当时潘建伟团队也提出了非常相似的想法,最后他们都提交了论文,结果表明整个社区都很认可且喜欢这个主意。
蒋良于那次采访当中还作了这样的表述,量子技术的竞赛实际上是全球性的,并非仅仅存在于美国与中国之间,存有着诸多其他的参与者,像欧洲、日本、加拿大、澳大利亚等,我觉得,量子技术并不归属于某一个国家,它归属于整个人类,这项技术会让所有人受益,它有别于军备竞赛,它不是那种谁拥有便能够攻击别人的武器,它更类似于某种能够被加以利用进而用来改进别的事物的技术,当然,我觉得存在一些健康的竞争是挺好的事情,它能够促使大家愈发努力,推动整个领域的进步。就现有情况而言,我认为不同地方之间存有竞争,且这种竞争依旧是处于健康状态的。在未来,随着工业领城的参与进来,当发展到产品交付环节的时候,竞争将有可能会变得激烈起来。
据《赛先生》并非完全精准的统计,除了那四位学者之外,有来自中国以及欧洲的将近十位身为科学家的人士,也通过在黑尔戈兰2025国际研讨会上以海报这种形式,展示了他们各自不同的研究成果。他们分别是,澳大利亚国立大学的教授董道毅,中国科学技术大学的教授施郁,北京量子信息科学研究院的两位青年科学家张文纲与王睿侠,维也纳量子光学与量子信息研究所的资深博士后陈琳青,维也纳大学的博士后研究员蒋新贺,哥本哈根玻尔研究所的助理教授习翔,马普学会光学研究所的博士后研究员朱昌龙,以及马普学会量子光学研究所的博士后研究员孙孝奇等等。
过去了一百年,黑尔戈兰岛上的风仍旧呼呼地吹个不停,青草是贴着地面生长的,站在山顶那儿头发必然会缠作一团。然而华人科学家以及中国科学,已经成为世界科学版图中非常重要的组成部分了。
