随着全球首颗量子通信科学卫星“墨子号”的升空与国家量子保密通信“京沪干线”的贯通，中国在量子通信上领跑世界，由中国科学技术大学教授潘建伟带领的科研团队也成为了科学界的明星。
2017年10月28日，在未来论坛年会上，潘建伟和来自北京、天津的中小学生对话，解答了他们关于量子物理的疑问，并分享了个人在物理研究上的经历。
中国科学技术大学常务副校长潘建伟
量子力学近来经常卷入与哲学和宗教有关的话题。潘建伟就此呼吁：别老是把量子力学跟其他的问题联系在一起。他转述杨振宁先生的观点：科学往前进一步，宗教往后退一步，科学再进一步，神学又往会退一步，但是科学解决了有限问题，宗教最后总是无限。（编者按：说科学是有限是对的，任何一个头脑清楚的人都会认为科学具有局限性。只有受教育程度限制，对科学基础概念不能理解的人，才会把科学看成和神话一般不可思议，误以为“相信科学的人认为科学万能”。不承认科学万能的，恰恰都是科学爱好者。承认科学的局限性，恰恰说明了科学的诚实和可靠。物理规律自宇宙奇点大爆发之后，就是确定的，有限的，不是无限的。世界上也根本不存在可以解决无限问题的力量，科学不承认“一切皆有可能”。骗子们认为宗教可以解决无限的问题，这恰恰说明了宗教的不可靠。）潘建伟还对朱清时拿量子力学证明信仰的错误做法提出了批评，表示不认可朱清时“科学的尽头是佛学”的话。
10月28日，在未来论坛年会上，潘建伟和来自北京、天津的中小学生对话。
一部发明密码与破解密码的历史，直到量子保密通信的出现
北京四中国际校区高一学生高宇轩：您认为新型通讯加密技术在未来的通讯发展之中起到什么样的角色？是否会在其他领域当中得到更加广泛的应用？
潘建伟：很早之前大家就开始思考这个问题。几十万年之前，人类历史上两类人，一个是尼安特人，一个是我们的祖先。尼安特人大脑比较大，也比较强壮，大家觉得头比较大，这个人可能相对比较聪明，块头比较大，比较强壮。按照道理，进化过程当中他们胜出，而不是我们的祖先胜出。然而，由于非常偶然的原因，我们祖先发明了语言，互相之间能够进行交流。如果发现我在自然界吃一种草后，舌头肿起来了，下次就能告诉你不能再吃了。这样的话，很多知识开始共享了。
知识共享本身就是一种通讯，可以说那个时候就有“互联网”了。互联网就是信息交流，就是通信。正因为我们祖先发现了信息交流和语言或者文字等等，让我们能够形成一个网络，比较好地对抗自然界的各种灾难。从前的网是一个部落，一个小小的村，我们存活下来了，这一个非常重要的原因。现在听我说话的时候，你不太知道我会说什么，我也很难知道你大脑里正在想什么，每个人本身都有隐私。因为如果我可以把你的思想看得明明白白，我就可以控制你的思想，你的自由思想就没有了。科学是反权威的，没有边界的，一代一代往前走。
说起自由思想，让我们回到几千年之前，为什么能有诸子百家？因为大脑里到底是什么样的东西，大家不知道，所以隐私是很重要的。人类社会为什么会发展出百花齐放的思想，因为每个人心里想什么，父母不知道，另一方面也需要信息交流能够变得非常充分。之所以人类社会能够进化成功，按照目前的理解，很大程度上得益于信息的交流。
真正的信息安全可以追溯到将近2700年前，当时的古希腊人就有加密术，后来古罗马的凯撒大帝也有加密术。不过计算能力够的话，就可以进行破解。二战的时候有个非常有名的案例，德军专门搞了一个加密手段：英纳格玛(ENGMA)。一开始非常好，盟军不能破解，后来图灵设计了一个机器，密码全破了，破了之后没有告诉德军。德军的潜艇要去攻击英国的某个舰队，到底要不要通知舰队避开航线呢？但没有办法，因为盟军马上要在诺曼底登陆了，为了大家的需要，可能有些人撤走了，但船该炸就炸掉。炸掉了船，德军很高兴，还是用这个密码进行通讯。结果诺曼底登陆的时候，兵力部署全部被盟军知道了。这种方法拯救了几十万战士的生命。所以人类的密码史就是一部发明密码与破解密码的历史。最后大家就开始怀疑，到底人是不是足够聪明，能设计出一组密码来让人破不掉。上世纪80年代，科学家开始说用量子奇怪的现象，来设计一组密码，就是量子密钥分发和量子通信，让大家破不掉。将来互联网也好，银行转款也好，想把各种信息保护好，量子信息非常重要。在人类历史上，我们首次发现有一种加密手段别人破不了，从这种角度上讲，量子通信非常有用。不然你忽然接到一个电话，别人用巧妙的办法冒充你妈妈的声音，你妈妈说让你什么时候把钱打到哪，你接了电话就相信了，但有了这种加密手段之后，前面会有一个口令，先输一个码过来，跟声音无关，一收到这个码就知道是真的。现在是在说和你妈妈的通信，将来人类还会有和机器人的通信，随着人类社会的进步，量子保密通信会越来越重要。
当然这个技术是让信息能够在网络里面走来走去的话，其实手机也是一个网络，电脑也是一个网络，因此这种东西将来可以用于计算，可以发展出非常好的超级计算的能力。
我这里就举一个例子，如果你能操纵一百个原子的话，在算某些特定问题时，计算能力比全世界计算能力总和加起来快一百万倍。不仅能用于通讯，而且能用于计算等等，从这种角度上来讲，量子技术预示着一种新的信息技术手段，比较有用。
爱能否被量子物理解释？
北京四中初中部初三学生苏子悦：我对您有一个问题，这个问题您之前也提过，就是爱是必须吗？我想或许爱是一种自然特质，现在连人类意识的起源也能被解释，那感情是不是也能被解释呢？这个跟量子又有什么关系？
潘建伟：这是我一个良好的愿望，也是我的信念。按照道理，物理学家本身应该相信实验证据。大家看过一个科幻片《云图》，里面有一个物理学家讲过一句话：“我的舅舅是一个量子物理学家，他相信爱是一种自然现象”。但这个到现在是没办法证明的，也许某一天能够证明。搞生命科学的人其实做过一个实验，他们发现部落里面互相的关怀其实是一种需求，让你能够生存下来，是非常重要的。但因为现在基本上大家都说宇宙是独立于我们而存在的，也没有上帝在，至少我潘建伟不相信上帝，也没有人格化的天神在。目前很多观点来讲，爱也解释不清楚，为什么会有爱。
我一位搞遗传学的同学讲，父母对子女的爱是天然的，如果父母对子女不爱的话，我们进化的时候，对小孩不关心，小孩全死光了，不爱下一代人就没有后代了，全绝种了。但子女爱不爱上一代呢？这就不一定了。为什么中国古代制定很多孝顺的道理来教育大家，要爱上一代，当然道理可能没有这么简单，也没有办法解释，只能这么讲。
至少量子力学之前，我们没有办法来回答，为什么是有我们的存在的。非常有意思的是，光靠牛顿力学，我们知道时间是均匀的流逝，空间也是均匀的，所以我们永远存在下去，一代一代的。为什么？我们怎么来的？搞不清。只有圣经里回答过，中国盘古开天辟地回答过。但后来有了量子力学之后，宇宙大爆炸理论告诉我们，有一个奇点爆炸了，先有第一代恒星，第一代恒星燃烧完了变成中子星，中子星碰撞产生重金属，才有可能进化出第二代恒星，产生我们现在的太阳，才能有生命。没有重金属的话，目前的生命很难存在的。从高温世界进化，把我们进化出来了，到某一天忽然说我们回过来看看宇宙是什么样的，这本身是要经过很辛苦的过程。我们这么多粒子碰撞，组织成一个潘建伟，组织成一个苏子悦，我们还能坐在这个地方说话，概率很小很小的。概率这么小，我们能坐在这里聊天，这是很大的缘分，是不是得珍惜一下。
我没有办法从理论上来证明爱是必须的，也许等到某一天方程可以算出来，爱是方程本身的必然需求。自然界里面尽管量子力学这几个规律本身要求你是这样的，但是这个现在还不知道，我只是说从宇宙开始进化，进化到我们现在，从没有生命的，进化到高等生命，然后能回过来看这个世界，研究这个世界，本身就是一种非常神奇的事情，我就会产生一种敬畏之感。大家都知道，整个银河系有数千亿颗恒星，我们的地球非常渺小，整个可见宇宙里有数千个银河系，我们地球只是一个灰尘，非常渺小，从这个角度，我确实产生敬畏感。这只是我的理解。
宇宙中没有任何一个人可以告诉你在哪里，你就有了分身术
北京中学高一学生赵天琪：我想问的问题是关于量子感应，这个神奇的现象，它在未来还能投入在哪些方面的应用？因为您是研究量子卫星的，这个特点用在量子的空间信息交流，除此之外还可以应用在什么方面？
潘建伟：你说的是量子卫星，不是量子唯心吧？唯心就很可怕了。因为物理学家都相信客观世界，是唯物的情况，你讲的这个量子感应，是不是量子纠缠。我当时被两个东西搞糊涂了。第一叫量子叠加，我们每天的生活当中，这瓶水要么放在桌子上，要么放在地板上，它不会同时在两个地方。但氢原子就不一样了，就是一个原子核，外面有个电子在跑，电子在跑的时候，不仅可以处于基态，还有激发态，能量高一点就往外面跑，跑的过程中科学家发现，某些时候粒子不仅可以在地板上能量低一点，可以在桌子上能量高一点，两种状态同时都存在，这是量子力学里面的基本现象。什么时候会有这种现象的存在呢？前提就是你不要去测量它处于什么状态，这样讲起来比较抽象。
比如你去欧洲旅行，飞回北京，假定两条航线，一条航线从莫斯科过来，另外一条航线从新加坡过来。你从欧洲回来到北京，因为在飞机上比较累，睡着了，你妈妈去接你的时候，她说你这次从莫斯科航线过来，还是从新加坡航线过来？你说，我左半边感到非常温暖，右半边感觉非常寒冷，又冷又热。你妈妈就会说你胡说八道，这孩子睡着了，弄不清。结果你就很老实了，每次回家睁大眼睛不睡觉，假定你天天回家，飞了一万次，有五千次发现看到莫斯科的红场，感到凉飕飕的，五千次看到新加坡的狮子，圣淘沙里面有一个狮子，你感到浑身温暖。你觉得很放心，原来第一次坐飞机搞错了，只能在某一条航线上，不会同时在两个地方。以后你出去又睡觉了，发现只要睡着的时候，每次到北京都感到又冷又热。这个时候麻烦了，为了解释这个现象，只能按照量子力学的观点，当你没有看到自己在哪条航线的时候，你是同时处于两个地方的叠加。你可能说，我坐飞机也睡觉，醒来没有感觉又冷又热，那是因为你在睡觉，旁边的人可能中间醒来，他没有睡觉，他看看我们在哪里航线。你睡着可能空姐没有睡，或者飞行员没有睡。所以什么时候你才会出现叠加的现象呢？就是整个宇宙当中，没有任何一个人、没有任何一个机器能告诉我们，你是在哪的时候，其实你可以跟分身术一样，在很多的地方。
这在我们每天的生活当中是不可能发生的，但在微观世界里，其实空气当中很多原子，光照过来也是照不到的，如果照到应该可以看见。那你为什么没有看到颗粒呢？因为很多东西照过来的时候，跟原子没有相互作用。所以在大气当中飞的时候，很多原子在大多数特定条件下，是同时存在好几个地方，这是微观世界每时每刻都存在的，这个叫做量子叠加。光这个就够奇怪了吧，当时我想一两个月没有搞明白，觉得这是不可能的事情。
爱因斯坦又提出量子感应，更奇怪了，比如说我这里有一瓶水，你这里有一瓶水，它们纠缠了。然后我跑回合肥，你在北京，我把这瓶水拿了扔一下，最后如果头朝下，我打电话给你，天琪，你那瓶水也朝下吧，果然是这样。我再一扔，我这边朝上，你那边也朝上，这个叫做量子感应。这更奇怪了，相距这么远，我们和量子卫星“墨子号”相距1206公里，结果测量子状态，这边是什么，那边就是什么，这就叫做量子感应，可以做量子密钥分发第一种。另外一种，一个粒子处于两种状态，两个粒子就有四种状态，我们每天生活当中，比如现在有六个人，每个人只有一种状态，某个确定的时候总共只有一种组合，2的6次方种可能，但是只能处于某种状态。量子世界当中，每个人又可以坐凳子上，可以坐在地板上，同时两个状态都有，2的6次方，这个数字就比较大了。如果粒子数量越来越大，达到2的100次方的时候，它的计算可以算得非常快。这个体系悄悄看一下，它就发生了变化，利用变化感应能力，就可以做一种量子传感，可以做很好的精密测量。所以它的用处不仅在通信、计算上，还可以用在精密测量方面，都是非常有用的。
害怕科学没有必要
现场提问：如何用量子学解决人类给自然环境带来的迫害，比如雾霾、海洋垃圾这些？
潘建伟：我是比较乐观的，现在一种比较可怕的说法，忽然大家开始原子弹乱扔了，地球就毁灭了。这是一种可能。所以大家经常非常担心，为什么有些人害怕，崇尚自然回到野外生活，这也是害怕在里面，害怕科学把生活都毁了。但至少目前为止科学还是带来的是好处，至少我的观点是大于坏处，先不讲心灵的问题，心灵问题目前还解决不了。另外，我们大的方向，如果说我们核聚变的问题很好解决，能源问题就解决了，人工智能如果真的很好解决的话，我们又有足够的能源的话，可以造出很多机器人来替我们干活。再如果生命科学有很大的进展，我们又活得比较健康，那我们就很舒服了，我们每天吃饭、聊天，讨论一点科学前沿问题、哲学问题，不用忙着做自己不喜欢的事情，这个是比较好的。这里面所谓的基础和前提都是物质科学。所以我特别希望将来在座的好多人，有些去搞生命科学，有些搞能源科学，我觉能源可能是最重要的，最后归结成能源，清洁能源之后，雾霾问题自然解决了，说一千道一万都是能源不够清洁，能源问题一定要解决，让大家过得比较好，做更多的事情，人工智能和信息化肯定要做到，另外就是生命科学，让大家活得开心、健康一点。不都是物理范畴，但是基础都是一样的。我们还有时间、还有希望，肯定能解决。
别老是把量子力学跟其他的问题联系在一起
现场提问：杨振宁教授说过，物理学发展到极致就是哲学，哲学发展到极致就是宗教，牛顿以及其他一些科学家最后也信宗教，不知道您是否认同这个体系？
潘建伟：我不记得杨先生讲过这样的话，他当着我的面这么讲的，我这个版本可能比较精确一点。杨先生说，科学往前进一步，宗教往后退一步，科学再进一步，神学又往会退一步，但是科学解决了有限问题，宗教最后总是无限，它可以一直往后退，但后面还是一个无限的。我有很多朋友，比如牛津大学副校长，也是做量子方面研究，他是非常虔诚的基督教徒，我问他圣经里面的问题，真的相信上帝创世记，真的相信人死了能上天堂吗？他觉得可以讨论。只要可以讨论，就又回到科学里面来。
杨振宁院士
我看过爱因斯坦文集，很多人说他最后信神了，我觉得爱因斯坦不是。
他讲的很清楚，他小时候是信宗教的，因为人总是害怕，生出来之后，将来怎么样，会很怕死，小时候我母亲抱着我，看完电影回家，路上很黑，我说有鬼来怎么办？我母亲说，不要怕啊，哪怕死了，可以重新投胎，我觉得这很好，很安定了，可以转世，是永恒的，然后就不怕了。人活着走向宗教，是为了让心灵上得到一种安全感，或者一种安宁，或者一种解放。爱因斯坦也是本来特别希望能够找到这种感觉，所以他小时候十岁之前非常信教的，但是他到十来岁，学了欧几里得的几何原本，学了现代科学技术之后，说宗教天堂都是骗人的，用很好的语言伪装起来的，别人问到底信不信上帝，他说不信人格化的上帝，但是我觉得有造物主的存在。有些人把它曲解了。牛心目当中的上帝可能跟牛长得差不多，教堂里面的上帝跟我们人长得差不多。我看过一个片子，说神都是人造出来，不信宗教不就可以无法无天了吗？不是的，我们的造物主是多么好啊，饿了可以吃，冷了有棉花，可以穿上衣服，吃饱了发现有音乐可以欣赏，这些东西背后没有规律是不可能的，如果把这种东西当作是一个上帝的话，我觉得也没有什么关系，自然界是有规律的。所以从这种角度上来讲，我是信仰，因为现在我证明不了，像爱是一种自然现象，我也认可这种句话。不能简单地把这些东西联系在一起。
可是经常有一些困扰的问题，别老是把量子力学跟其他的问题联系在一起。
朱清时
朱清时校长关于量子力学所有描述，都是无可辩驳，是正确的。但他再解释一下，说量子力学爬到山顶的时候，佛学已经在山顶等我们了，这我不是特别认同。我觉得量子力学可以用来算东西，可以算小数点后面十几位都是正确的，当然佛学是非常好的，我们叫做佛教，也有非常好的一些观点，但让你来算一下氢原子能谱是什么，这算不了，这不是我们解决的东西。所以说两者有联系，但是属于不同范畴的东西。但它还是无限的，科学只能解决有限的问题，我们能力是有限的，我只能说我能解决哪些问题，哪些问题我现在不清楚。不清楚的问题，就让宗教暂时先解决一下，等到将来科学进步了，能够再往前解决。
（澎湃新闻记者 虞涵棋）
注：文章有删节
潘建伟院士简介
潘建伟，1970年3月生，浙江东阳人，物理学家，教授，博士生导师。现任中国科学技术大学常务副校长，中国科学院量子信息与量子科技创新研究院院长，中国科学院院士，西湖大学创校校董会成员。2018年12月，入选“中国改革开放海归40年40人”榜单。2019年1月31日，美国科学促进会宣布，中国科学技术大学潘建伟教授领衔的“墨子号”量子科学实验卫星科研团队被授予2018年度克利夫兰奖。2019年4月26日，荣获2019年度“墨子量子奖”。
