中国需要科幻小说

现在确实是幻想类小说最风光的时候。我常去的书报摊，新出现的幻想类刊物很多。科幻与纯幻想在这些刊物中并没有什么明显的界限。我们现在走入一个阅读幻想小说的时代。

但在幻想类小说中，最红火的还是哈里.波特，还是魔法，仙术，科幻小说的销量远远不及前者。科幻小说在世界范围内在衰退，奇幻正大行其道。中国人不乏幻想的传统，《西游记》就是伟大的代表，因此立足于本土的仙侠类幻想小说就大受欢迎。中国人缺乏对科学认识，缺乏科学素养。因此科幻小说在中国只受小众的欢迎。中国人也热爱美国科幻大片，却只注重炫目的特技，里面的科幻被当作魔法一类的让人敬畏的东西。

市场如此，许多科幻作家也开始写纯幻想小说。但是我觉得中国需要的还是科幻小说，好的科幻小说。优秀的科幻小说能够引导人热爱科学，学习科学。我们这一代八十年代初出生的人都是看科幻动画片，读科幻小说长大的。我记得我读过《飞向人马座》，《365夜科幻故事》，还有1992年的两期《科幻世界》。当我不再读童话故事时，我就开始读科幻小说了。幻想是孩子最喜欢的事情了。哈里波特式的幻想世界是很吸引人的，但飞向星空的梦想哪个孩子没有做过呢？

阅读纯幻想小说不会促使孩子变为一个理想主义者，而阅读好的科幻小说却有可能启迪孩子的科学理想。因为孩子知道前者是假的，后者虽然现在不真，可是未来可能成真。是否能够成真，就看我们这新一代能不能发展科学，实现这个梦想了。只有孩子才会有这样的想法，成年人看到科幻小说时不会产生去实现它的冲动，因为成年人经历太多，不会去做不大可能的事情了。

也许有人认为我太注重科幻小说对儿童的作用了。科幻小说大部分应该是给成年人看的。在我看来，中国的科幻小说现在还是给青少年人看的。中国科幻小说的读者群会随着我们这一代科幻迷的老去而扩展到中年人乃至老年人。当你年少时爱上科幻小说，你对它的阅读可能就是终身的。

做面向实验的理论

在导师的建议下，最近我看了许多利用量子非破坏测量的办法来制备压缩态以及纠缠态的文献。

学习新的东西总是伴随着痛苦的，因为文献中常常给出的结论却没有给出参考文献，我不知道后面的推导过程，也就没有真正的理解这个东西。于是我用了笨办法，找了一个专门做这个方向的研究组，把他们从1999到现在的论文都下了下来浏览了一遍，找出有价值的打印以备参考。浏览了一遍之后，虽然细节没有搞明白，但是我对这个组的工作有了一个大概的印象。这个组在利用冷原子团与光场的相互作用实现量子信息处理这个方向上已经做了很多年，无论理论还是实验都是世界上的头一号。常常是他们提出理论，不久他们自己就用实验验证了这个理论的可行性。大部分的理论是围绕着实验中出现的问题来做的。看了他们的工作，我才知道一流的物理研究工作是怎样的。他们有自己的一套成熟的范式，他们积累了丰富的经验，理论与实验相互促进，这样才能源源不断的做出好的工作。

我们自然没有那种理论与实验并进的条件，但是我们做的理论必须要贴近实验，要从实际的实验系统出发建立模型，写出哈密顿，进而简化为可以求解讨论的理论。我选择的这个方向必须这样做上才对实验有点参考价值。否则直接从理想的量子系统出发进行讨论，顶多最后加上耗散项，考虑一下耗散对系统的影响，做实验的人是不会认可的。只有从实际的实验中用到的系统出发，通过各种近似，忽略各种小量，保留最主要的那部分相互作用，然后得出哈密顿，从这个哈密顿出发讨论问题才更有说服力。做理论的人最常做的工作就是解释实验，提出新的实验方案和预言新的现象。理论上的想法做很新颖，文章写得很漂亮，会吸引许多人的注意力。但是不可忽视的一点就是，工作要很细致，对于实验上的各种耗散以及缺陷都应该考虑到，并给出相应的对策。这会大大的加强工作的可信度，并有可能吸引实验组来验证这个方案，至少对实验者有更高的参考价值。

黑洞，量子信息和BEC

最近有不少理论文章讨论了量子比特在黑洞附近的行为，特别是纠缠的光子与黑洞的相互作用(Phys. Rev. Lett. 75 120404, (2005), quant-ph/0608209)，以及黑洞吸收了光子态之后是否可以通过某种机制又把这个态释放出来( Phys. Rev. Lett. 96, 061302 (2006) )。当然黑洞我们是无法接触到的，顶多可以通过天文望远镜进行观测。如果无法通过实验来证实或者证伪，那这些理论探讨的真正价值也就无法发挥出来。如果这些理论探讨的基础有问题的话，不通过实验也是看不出来的。其实并不用这么悲观，我们也许可以用模拟的黑洞来做实验。

用BEC来模拟宇宙学的想法最早来自这篇2001年发表在Nature上的论文(cond-mat/0105019)，观测到在BEC系统中通过控制观测到BEC的爆发和塌缩。然后在2002年，另外一篇发表在Nature的论文从理论上提出了在原子介质中利用减慢光速的效应来实现黑洞视界。我想，利用这些结果，我们可以想这样一个问题：上面那些探讨量子比特在黑洞附近和内部行为的理论是否可以在这些凝聚态系统中来检验或者实现呢？或许我们可以提出一个实验方案，在冷原子气体系统中实现模拟的黑洞，以及让量子比特(由减慢了速度的光子，或者声子携带)在这个“黑洞”附近运动。如果能够提出可行的实验方案，最后可以通过实验检验的话，我想将是很有意义的一件事。

另外附上几篇综述： gr-qc/0604058，gr-qc/0605121

对容错量子计算的批评与反驳

我得承认，当我第一眼看到这篇论文时我确实吓了一跳。而当我认真研读它时，发现了许多的偏见和无知。在Dave Bacon的blog已经把这篇文章中许多有趣的语句给列出来了。我并不是量子纠错方面的专家，因此当我看到这篇对量子纠错的批评时我确实有些疑惑，我被弄糊涂了。不过当我看到Bacon的blog对这篇文章的反驳以及后面的评论之后我相信量子纠错并不象这篇论文说的那样不堪一击。而做量子纠错和量子容错计算的几位名人如John Preskill和Daniel Lindar也出现了，不过他们持更加谨慎的态度。因为这篇批评的作者是一个有名的凝聚态物理学家，代表了质疑量子计算的那部分物理学家。Lindar建议建一个网页来逐条指出这篇评论的错误。

这就是做科学，你做的东西总会有人来质疑，反对。而面对这个，应该用开放的态度来聆听，然后正面的回应他。

读《读城记》

昨天买了易中天写的《读城记》，看了一晚上。易中天确实很能写，肚子里面有掌故，笔头表达很形象，把中国几个重要城市给写活了。

我是湖北人，家距离武汉也就100里，处于武汉影响力幅射范围之内，因此我一开始就看易中天对武汉的评述。易教授武大毕业，在武汉生活了很长时间，对武汉的了解是很深的。看到书中那一句句熟悉的方言，对武汉人形象的描述，让我不时的会心一笑。湖北人对武汉的没落是很不平的，而这些不平在易中天的书中都写到了。这本书写于1999年，那年我高中毕业考入西安交通大学，从此就算是远离了湖北，远离了武汉。不过我清楚这些年武汉的没落趋势并没有扭转。武汉确实如书中所说，大而无特色。身处中部，受各方影响，却难以幅射四方。

易教授笔下的北京和上海，是作为一个对立出现的。北京是中国内地各个城市的头儿，骨子里是田园思想；而上海是得风气之先，在西方殖民主义的背景下，由移民创造的一个城市，骨子里是商业文明。我没有去过上海，但北京的大气我是见识过的。不仅仅北京的故宫天安门，北京高校的建筑风格也有一种庄严和古朴的格调。这一点与西安的学校就不一样了，至少和我们学校不同。西安有名的高校大都是四五十年前从东部迁来的，建筑四四方方，并不象西安的城墙钟楼那样有历史和意蕴。北京人都是大市民，而北京的高校学生，尤其是北京大学的学生为代表更有精英意识。这一点似乎也是身处首都所必然的。

易教授的书中并没有专门的写西安，但是多次从不同侧面提及了西安。提到中国的城市，怎么能离得了西安呢？可惜西安的光荣与绚烂在一千多年前就耗尽了。现在外地人提及西安，就只知道是故都，是废都，是依靠历史和旅游进入人民视线的一座城市。看来我当年的选择也很有意思，从身处武汉幅射影响的家乡来到西安。而这两座中国的重要城市一个没落了二三十年，另外一个从1000多年前的唐朝之后就一直处于没落期。我许多大学中学同学大学毕业后的选择也应证了这一点。留在西安的大都是在读研，工作的大都去东部，北京，上海，深圳等等。从武汉的大学毕业的也有好多挤破脑壳要去北京上海。

我在西安读了这么多年书，也曾去过北京，很能体会到两地的巨大区别。西安是故都，现在的城墙是明城墙，城内的街道小而局促。北京是中国最近七八百年的首都，城市街道宽阔，建筑雄伟。但西安的街道窄则窄矣，却或南北向，或东西向，绝不拐弯。这种历史上遗留下来的街道，地名处处提醒着你这里曾经是都城，是中国的政治中心。西安人的心态类似于历史上我也“阔”过，而且觉得西安这里好得很，别处比不上。我不喜欢这种历史阿Q主义，却也渐渐的被这种观念所影响，毕竟在这里生活了7年，有了感情。

这种西安人的思想也不可避免的影响到西安的高校，比如我所在的西安交通大学。西安的重点院校，除了西北大学之外，大部分都是从东部搬迁而来。我所在的学校就是其中的代表。事情已经过去了四五十年，这些从东部移植到西北的高校，如今也一个个的融入了西安。在高校间竞争剧烈的今天，由于种种原因排名不断下滑，于是对过去曾有的辉煌也就非常看重。不过西安的高校倒也不会象西安那样沦落上千年。西安的历史太辉煌了，因此也就村脱出它沦落的漫长。而西安的高校从来都在北京上海之后，没有过特别辉煌的时候。高校自身怀念的是自己在迁来西安以前的辉煌，而那却与西安无关。这反映出西安的高校与西安之间的某种微妙的心结。

我想说，西安最近一百年其实是处于上升期的。这种上升，是国家意志的体现。尤其是为了国家从东部迁来的高校，研究所，工厂，大大的提升了西安的科技文化和经济实力。这些做法，就比起西安当年被强行由长安改名为西安，落到跟西宁，南宁同一种待遇可要好多了。近年来西安的相对退步，乃至西安高校的下滑，是进入开放的市场社会之后国家特殊照顾的影响力减弱引起的。我不清楚西安未来会如何，我只知道我留在西安不是西安有吸引力，而是因为我要完成自己的学业。在西安7年了，而且还将住上3年，我所有的只是一个过客的心态。我现在不愿多想毕业之后去哪里，但我告诉自己，最好能够去另外一座城市。

积累的重要性

关于做研究，我看过许多别人在这方面的经验体会文章，跟同学朋友也讨论过多次，自己做了几个小工作，有了一点实际经验。我发觉做研究最重要的是积累，或者说做研究的连续性。

我的高中同学，现在在清华物理系念博士，多次跟我提到积累的重要性。在他看来，念博士期间发表多少多少论文，论文发表的刊物档次多么高并不是最重要的，重要的是积累。他最近有一篇论文被接收了，距离投稿只有一个月。而在做这个工作之前他在这个方向上做了一年。用他的话说是自己摸索，走了许多弯路，现在知道是怎么回事了，再去做这个问题就没那么困难了。而且在这个工作的基础上正在做一个后继工作。不清楚他心目中的积累是什么样的，在我看来积累包括好几个方面。

先是知识的积累。这里的知识代表你所研究的领域的最基本的概念，方法，框架。没有这些，根本就无法看懂文献，也就谈不上做研究了。

其次是问题的积累，你要弄清楚这个领域到底有那些没有解决的问题，作为你开题的基础。

再次是技术的积累，这一步是最困难的。这里的“技术”实际上也是一种知识，但对应于解决具体问题时所用到的方法，技巧。比如如何对一个实际系统做近似，忽略无关的部分，保留我感兴趣的部分；如何具体的计算出一个我们需要的特征量，等等。这些具体的方法是很多的，要一一掌握基本不可能。因此只能在做研究时带着问题去学习，这时效率会非常高，因为你心中有一个实际的物理系统，你知道你计算的东西有什么用。

所有这些积累要达到的目的就是就是自我积累，也就是研究的连续性。这意味着你前面一个研究过程中积累的知识，经验，问题的新想法能够用到你的后继工作中去，甚至是刺激出后继的工作。有时为了完成一个工作，会把以前积累的方法，技巧和想法用尽。我相信很多人的研究工作都是这样进行的。想强调的是必须要找到一个好的切入点：不是很难，花力气下工夫能够很快的上手，但同时又具有比较广泛的联系，掌握之后能够以此为基点开始更加有价值，当然也是更困难的工作，学到更多的东西。

有了一定的基础之后，最重要的就是选方向了。因为对这个领域多少有了点了解，自己也下去试了试水之后就会发现再往下做可以选择很多的方向。合适的方向必须是重要的，有许多问题可以做，能够学许多新东西，同时又是你以现有的基础能够做的。找到一个合适的方向才会感觉研究越做越顺，自己的提高得也越快。我现在就处于进一步选择方向的阶段。为了选好方向，我要求自己系统的再读几本物理专业书籍，有好的积累。

我也来学一点量子黑洞

最近一期的《Nature Physics》上发表了Leonard Susskind的一篇综述(Nature Physics 2, – pp665 – 677 (2006))，详细讨论了量子黑洞佯谬的来龙去脉，以及弦论中对量子黑洞佯谬的解释。我昨天晚上花了近两个小时来读这篇十几页的综述，感觉是一读就停不下来了，Susskind的描写很吸引人，公式很少，但对公式的解释很详细，也很易懂，让我这个外行也了解了一个大概。

我对里面那些精妙的理论印象非常深刻。比如，当光子的波长比黑洞视界的线度还要大时黑洞就无法吸收这个光子而是反射它，利用这个可以推导出黑洞是有熵的，且与视界的面积成正比；黑洞是有温度的，是会对外做黑体幅射的，真是不可思议，理论的威力一至于斯。在弦论中为了解释黑洞所做的许多努力也很有意思。比如封闭在一个有限区间内的弦被认为是黑洞，为了计算这个黑洞的熵，需要得到其中的微观态的数目，可是无法直接计算这种形态下的弦，于是用到了量子绝热定理，将它绝热的变为自由的弦，绝热变换不会改变系统的状态数，因此就可以算出黑洞中的微观态的数目，由此得到黑洞的熵。这样计算出的熵正好也是满足与黑洞视界面积成正比的关系的。另外，这篇综述还用了大量的篇幅来讨论霍金的黑洞信息丢失佯谬问题，通过引入黑洞的互补原理，解决了这个问题。对这个问题的讨论我是很感兴趣的，因为我看过一篇文章，宣称通过类似teleportation的手段使得进入黑洞的信息高保真度的跑出来了。这应该算是量子信息与黑洞理论的一个结合点。如果我想更加详细的了解黑洞理论，从这里切入是比较合适的。

我也注意到，整篇综述没有提到实验，也没有正面提到天文观测。但是所有的插图都是天文观测中可能是黑洞区域的图片，似乎以这种方式提醒人黑洞并不仅仅是理论。

如何控制环境

我以前的日志中讨论过腔QED的作用，它实际上改变了一个二能级系统周围的环境，使得我们可以把它近似的看成一个孤立系统。这就是对量子系统周围环境的影响。但是人们不满足于此，人们想知道是否可以用腔QED来制造特殊的环境，这样我们就可以通过控制腔QED的参数来控制环境了。为什么要这么做？因为我们的实验都是在开放系统中做的，让系统处于我们所希望的环境下演化会展示出非常丰富又有趣的性质。最近的一个进展是环境导致的Berry相位，我也曾经在报道过。在这个工作的启发下我也做了一个通过控制环境实现量子逻辑门的工作。

现在的问题是，到底如何来实现对环境的控制？具体的方案是怎样的？最近几天我就一直在学习这方面的文献，已经基本搞明白了整个方案。为了实现对环境的控制，我们用到了腔QED理论中最有用的近似，大失谐和坏腔极限。我想这是具体了解量子力学在实验中是怎么应用的一个非常好的例子。下面我用通俗的语言来描述一下整个过程。

首先遇到的问题是原子的自发幅射，为了让原子的运动只跟我们这个人工环境耦合，我们需要把原子自发幅射的影响消去。为此，我们用到了大失谐的办法。对一个三能级lambda原子来说，两个稳态能级分别通过外加的控制光和腔模与激发态耦合，且两种耦合的失谐量是一样的。利用绝热近似我们就可以认为这个三能级系统等效于一个二能级系统，两个稳态能级与腔模耦合在一起了，当然这时的耦合强度是大大的降低了。但是同时由于失谐很大，原子处于激发态的成份可以忽略不计，这时我们就把原子自发幅射的影响给去掉了。注意，原子处于稳态时，退相干时间长达几秒，对我们考虑的问题来说可以不用考虑原子处于稳态时的自发幅射。

现在我们的系统就是一个没有自发幅射的原子系统与有泄漏的腔模，二者之间有耦合。要把腔模的影响去掉，我们还需要进一步的做近似。我们发现如果腔模的泄漏率远大于原子系统的演化特征时间的话，那么腔模就可以被“绝热”的消去，再加上Born-Markov近似只剩下原子与我们希望的人造真空耦合在一起。这个人造真空可以是一般的真空，也可以是压缩真空，而压缩真空的压缩度，压缩相位都可以通过控制控制光束的强度和相对相位来加以控制。这样我们可以实现文献中所讨论的绝热的变化库环境，从而在原子系统中得到一个不可积的Berry相位。用类似的方法，也应该可以实现通过控制环境，在原子系统中实现一个量子控制逻辑门。不过此时要稍微复杂一点，我们要做的是让三能级级联型的原子与人工环境耦合，因此需要更多的控制光束，系统也会更加脆弱。