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因为星星在那里：科学殿堂的砖与瓦 [:1707611310]
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因为星星在那里：科学殿堂的砖与瓦 三、开放的应用
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在理论上，对一个量子体系进行观测或操控，同时还让它继续存在，使得人们设计出了一些巧妙的实验，来观测量子体系状态演变的过程（以往的实验由于是“一锤子买卖”，对被观测体系具有“毁灭性”，从而无法做到这一点），甚至观测使一些物理学家深感困惑的量子体系的状态因为与外部环境的相互作用而往经典状态过渡的过程，其中包括对大名鼎鼎的“薛定谔的猫”（Schrödinger’s cat）的生死过程的观测[7]。那样的实验已经有人做了。比如阿罗什本人的研究组就于2008年做了那样的实验，甚至将观测到的量子状态往经典状态过渡的过程制成了“影片”。
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在实用上，此次获奖工作最引人注目的应用是在量子计算机领域。这是近年来被讨论得很多的领域，在乐观者看来，量子计算机若成为现实，对社会的变革将不亚于如今的计算机在过去几十年所带来的变革。不过，量子计算机的理论虽然美丽，面临的技术困难却极为巨大，其中一个很大的困难就是作为核心元件的量子体系必须能单个地、不受破坏地被测量与操控，而且各个量子体系的状态还必须能相互传递（就像经典计算机必须能在各元件间传递信息一样）。这个困难在过去几乎是难以克服的，此次的获奖工作却为之带来了曙光，比如维因兰德所实现的对状态叠加的操控，以及状态叠加在不同离子间的相互转变，就正是克服上述困难所需要的技术。这一点维因兰德本人也看得很清楚——事实上，他的研究组早已展开了这方面的探索，甚至在一定程度上构造出了量子计算机的雏形，实现了最简单的逻辑运算。一些其他实验组也正在积极努力之中。当然，这一切距离真正有实用价值的量子计算机还相差很远。
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此次获奖工作的另一项很有价值的应用是建造超高精度的新型时钟。这一应用虽不像量子计算机那样富有未来色彩，所取得的进展却要扎实得多。维因兰德所供职的美国国家标准技术研究所正是这方面的“领头羊”。在这一应用中，用维因兰德所实现的方法囚禁起来的工作频率（即作为计时基础的两个能级之间的量子跃迁的频率）在光学波段的离子取代了传统原子钟所采用的工作频率在微波波段的铯（Cs）原子。目前，这种新型时钟已经达到了比传统铯原子钟高两个数量级的精度。在那样的精度下，哪怕从宇宙大爆炸之初开始计时，迄今的累计误差也只有区区几秒。
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这些或已成为现实，或仍处于开放的想象空间里的应用，使此次的获奖工作有可能对未来科学与技术的发展产生深远影响。
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附录：获奖者小档案
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维因兰德
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阿罗什
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维因兰德（David Wineland）：美国物理学家，1944年2月24日出生于美国威斯康星州的密尔沃基（Milwaukee），1970年获哈佛大学（Harvard University）物理学博士学位，目前在美国科罗拉多州的国家标准技术研究所（National Institute of Standards and Technology）任职。维因兰德的主要研究方向为量子光学（quantum optics）及其应用。 阿罗什（Serge Haroche）：法国物理学家，1944年9月11日出生于当时受法国控制的摩洛哥城市卡萨布兰卡（Casablanca），1971年获巴黎第六大学（Université Pierreet Marie Curie）的物理学博士学位，目前在法国巴黎（Paris）的法兰西公学院（Collègede France）任教。阿罗什的主要研究方向为量子光学及其应用。 2012年10月11日写于纽约
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[1]本文曾发表于《科学画报》2012年第11期（上海科学技术出版社出版）。
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[2]在过去若干年里，每个奖项的奖金为1000万瑞典克朗。
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[3]这里我们稍稍偷了点懒，费恩曼想要传给后代的话还包括了原子处于永恒的运动之中，以及它们太过靠近时彼此排斥，稍稍远离时彼此吸引这几点。
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[4]确切地说，最常用的离子阱有两种，一种叫做彭宁阱（Penning trap），另一种叫做保罗阱（Paul trap），他们的实现者分享了1989年的诺贝尔物理学奖。维因兰德所使用的是保罗阱。
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[5]边带冷却技术简单地说，是用能量为ωi－ωv（其中ωi为离子的内部能级差，ωv为离子在“牢笼”内的振动能级差）的光子，将处于振动能级n>0的离子激发到内部能级更高，但振动能级只有n－1的状态上（因为那样的光子只能将离子激发到那样的状态），然后让离子自行跃回原先的内部能级。由于离子在跃回过程中会优先维持振动能级不变，因此过程终了时离子的内部能级不变，振动能级却降为了n－1。重复这一过程（在必要时针对所需要的内部能级差调整光子能量），可以使振动能级最终降为基态n=0，从而达到冷却的目的。
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[6]阿罗什所用的“发胖”后的铷原子的线度约为125纳米（nm），而普通铷原子的线度约为0.25纳米。
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[7]当然，这是夸张的说法，事实上那猫被“掉包”成了一个量子体系，从而偏离了薛定谔拿猫“开涮”的本意——即通过引进作为宏观客体的猫，而彰显量子测量过程的佯谬性。不过包括诺贝尔委员会（Nobel Committee）提供的获奖工作介绍在内的大量资料和报道都已迫不及待地引入了“薛定谔的猫”一词。作为科普，我们姑且“从众”，但在这里略做说明，以图确切。
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因为星星在那里：科学殿堂的砖与瓦 第三部分 星际旅行漫谈
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因为星星在那里
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