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量子物理科学家的思想访谈
 

 


       2000年图灵奖得主,普林斯顿大学计算机科学系教授



  祖藉湖北孝感,1946年出生于上海,分别于1972年和1975年获哈佛大学物理学博士与伊利诺大学计算机科学博士。曾先后在麻省理工学院、斯坦福大学、加州大学伯克莱分校等美国一流高等学府从事教学和研究。1986年至今则一直任普林斯顿大学计算机科学系教授。他为美国国家科学院院士、美国人文及科学院院士以及IBM EC系统研究中心和Xerox Palo Alto研究中心的顾问。
  2000年,他因对计算理论做出了诸多“根本性的、意义重大的”贡献获得计算机学界的诺贝尔奖——“图灵奖”。在10月份微软亚洲研究院发起的“21世纪的计算”研讨会上,第一个图灵奖华人得主---- 姚期智

访谈录节选如下:

1  1927年那场著名的爱因斯坦-玻尔争论。爱因斯坦相信一定会有一个更深的理论来同时确定粒子的动量和位置,他的后半生大部分花在寻找这个理论上,但他最终也没有逮住那可恶的粒子。对自然科学家来说,寻找确定性是一项更艰难的工作。。

自然科学家在做出结论时则有非常困难的障碍:凡是没有被证实的你就不能下断
言。

2  像那些无处不在的粒子,他的大脑总是考虑各种各样的可能,因此对任何预测未来的问题他都不愿做出结论。他可能不具备戏剧感,但是他从自己的工作中得到令人嫉妒的乐趣。

3  爱因斯坦将世界视为独立存在于人之外的客观事实,“就像一个伟大恒久的谜,我们的审视至少可以部分解开它。”在玻尔看来,这个事实并不存在,“没有一个量子世界,只有一个抽象的量子物理描述。如果你认为物理学的任务是发现自然是什么,那你就错了。物理学只关心我们能够对自然说些什么。”爱因斯坦采取了笛卡尔在《沉思》中不得不奉行的准则:“凡是我们理解得非常清楚、非常明白的东西都是真实的”。这个准则使我们获得安全感,谁愿意相信自己刚刚塞进嘴里的不是一片面包,而可能是一片棉絮呢?
  但是另一些科学家们更愿意认同于玻尔的看法,他们在科学为自己建筑的平台上舞蹈,而不必考虑平台究竟是虚拟的还是水泥的。说到底,你面前这张报纸很可能并不存在,或者它并一定不是橙红色的,它可能同时还存在于另一个世界,被一个头上长角的生物阅读着,这个采访与量子计算机无关,而是一个爱情故事。

4  在整个科学界里还是有很多令人兴奋的事情。比如说,大家觉得,我们也许能够找到最基本的理论,可以解释宇宙之间的所有现象,最大的希望是能够有一个理论,我能够解释这个宇宙,这里边有很多漂亮的结果,会引发一些数学上非常重要的发现。

只是从所发表的学术论文的角度来讲,好像我们没有看到一种真正能够让人的世界观发生根本改变的,譬如沃森和克里克(DNA结构的共同发现者)这样的。

5  如果量子计算机能够成功实现的话,那么量子计算将是自图灵以来最重要的发展,因为它的整个架构完全改变了。
  计算机从冯·诺伊曼开始到现在差不多有50年左右的历史,基本上没有改变过什么,有技术上的改进,但是基本原理没有改变。你所说的DNA计算,原理也没有很大的改变

  而量子计算则完全不同。它的突破在于,从某个角度来讲,它使用了完全不同的逻辑,已不再是传统的逻辑概念。传统计算逻辑基本上就是0和1,而量子计算的逻辑则是比0和1更为复杂的基本单位,这很难解释的。

  如果量子计算的研究完全没有希望的话,他们不会改变研究方向、花宝贵的时间来做这件事。一直以来我们有一个发现:如果说一个技术不是一定不能做到的话,那么最终它都是可以实现的。现在,大家都没有想出一个真正的理由来证明量子计算确实做不到。七八年前,物理学家就认为有一些困难是不可能克服的,但是最近七八年都克服了这些非常关键的问题。

  我不是一个软件方面的专家,但是我的印象是,没有人觉得很快就能够解决我
们以前不能够解决的问题。基本上,怎么样写一个大的软件程序,这种事情没有人知道怎么样做。大家有一些听起来不错的想法,但是好像还没有听说过一种大的系统是完全没有bug的。

量子计算能够实现很大突破,主要原因在于它的整个基础理念都完全不同以往
。很难想象软件方面能够出现一个新的观念,突然之间就让所有的问题都不见了,除非完全改变软件的内在特点,如果说软件还是这样一行一行地写的话,很难想象(它会发生很大突破)……一般来讲,你在错综复杂的大系统下面决定要具体做什么事情,这就已经很困难了。你得想出一个方法,告诉自己到底想要做什么事情,写成白纸黑字,这就已经是一个很巨大的工作了。像Windows这样的一个系统,你要把它的整个构思、每个要求都全部写下来的话,我相信在写的过程中就一定会有错。

6  基本上,做科学家是一件很舒服的事情。我想,不光是做科学家,每个人能够发现自己最能够去做的事情,而且还有机会去做,那都是最舒服的事。在美国,有相当好的条件和舒适的生活方式让你去做研究,我自己都有点不好意思,我就觉得生活不应该会这么好。
  问:您没有觉得很辛苦吗?
  答:好像没有,因为基本上是自己在驱动自己,你自己愿意去做,你有足够的意志力去做。
  问:你小时候最想成为什么样的人?
  答:我想很多的中国家庭都希望自己的孩子做一个学者,这是最好的职业,比较独立的,不会太受环境的影响。所以,我从小就是想要做个科学家,但是我不晓得做什么样的科学家。比较好的是,因为我们那个时候信息比较缺乏,不需要你去担心太多。很自然,运气好的话,碰到一些事情你是能够做到的,运气不好的话,你就进入你不喜欢的行业。所以也没有烦恼,我想跟中国父母对孩子的期望一样:上最好的中学,考进最好的大学,以后能够留学。
 
  虽然是写给大众看的读物,但是因为相对论是非常难的理论,要看很久才能看懂。但是那天看懂的时候非常非常高兴,从来没有过这种感觉。后来读量子力学也有这种感觉,这种激励感好像是世界上最值得追求的一个东西,希望自己将来即使做不到这样伟大的事情,但是也要向这个方向前进。所以我做科学家,读这几个学说对我的影响最大

7  问:因此,我们知道,科学研究最重要的驱动力来自于自我(self drive)。二战之前,人们都是因为个人兴趣而投入科学研究。但到了战后,情况发生了变化,科学家从完全自发的、出于兴趣的研究,变成了政府、商业机构或非商业机构投资的、以任务为导向的研究。人类在科学研究上的这样重大转变,不知道对科技工作者来说有没有影响

  答:我想这是没有办法的,因为现在科学研究的重要项目都需要很多很多人。所以没法说这种事情是好是坏,这是无法避免的。最重要的要留下生存空间,让那种想要享受生活的、独立的思想者有机会发展。这两个事情是冲突的,但是在很多情况下,最大的发现并不是因为有很多钱才得到的,而是个人做的。很多事情都是偶然的决定。

8 问:您在研究当中碰到最困难的时刻是什么?
  答:好像不太有什么不太美好的回忆,我好像只能记得好的事情。困难的时刻其实也很多,但都是很正常的现象。比如说有个问题你想不出来,想一想后又放弃,然后再想一想再放弃,很多年想不出来,有一天突然就想通了。我在做复杂性理论(complexity theory)的研究时,就需要知道做一件事怎么样才是最好的方法,需要去证明不会有更
  问:这是不是有点像偏执狂:我要去证明一件事情不可能再得到改进了。这种偏执心态会导致花很长时间去证明。对您来说,您做研究,最让您兴奋的是哪一件事?
  答:在我刚刚开始做研究的时候,即使获得了一些不太重要的结果也会让我感到兴奋。到后来标准越来越高,只能拿一两个星期时间来兴奋,接着就要做下一个课题。通常来讲,你所做的比较重要的结果做完了以后,自己当时是会有感觉的,你自己知道这个东西将来会变得很重要。所以,一般来说,最重要的结果做出来的时候就是你最高兴
的时候。
  问:就您来说,哪一次研究结果是最令您兴奋的?
  答:我想1982年的论文可能是我最满意的。那是一个关于密码学的研究成果。它所做的事情基本上是研究什么样的序列才能算是随机序列。它的影响是两个;一个就是说,它提出了一个新观念,这个观念解决了当时的很多困难;第二个是说,这个东西对密码学后来的发展很有影响。这个东西实在是太技术了,很难讲得很仔细。



 
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