几封旧信

零

重回到久违的电子邮件。订阅邮件列表，写信，读信，翻阅旧信。见到之前的我，简直“是彻底干净的黑土块”：

活在这珍贵的人间
太阳强烈水波温柔
一层层白云覆盖着
我，踩在青草上
感到自己是彻底干净的黑土块

活在这珍贵的人间
泥土高溅扑打面颊
活在这珍贵的人间
人类和植物一样幸福
爱情和雨水一样幸福

-- 1985.1.12

现摘录几封。 格式有调整，意思是不变的。

一

波函数的物理解释：

1. 统计性的，
2. 粒子的本性。

这篇论文指出第一种解释站不住，波函数只能是粒子的属性。

我记得在本科的时候，就听到老师讲波函数是粒子的本性。

他们说这是量子力学这些年很大的进展。

二

量子力学的基本假设之一是：用波函数描写粒子的状态，波函数随时间的演化服从shcrodinger方程。

波函数是为了描述粒子的波粒二象性引进的一个数学对象。 但是和物理学的其他学科不同，围绕“波函数是什么？”（它的物理解释）的问题，始终存在争论。这些争论有的是物理层面的，有些是哲学的。产生这么多不同解释的原因，与量子测量有关。

Max Born¹的统计解释被多数人接受，因为它可以解释已知的物理实验。Born的统计解释也称作正统解释。

此外，系综解释也为不少人接受。我上大学时，学的是苏联的布洛欣采夫所写的《量子力学》，典型的系综学派。

1982年以后，量子力学的实验手段有了长足进步，实验的Papers的作者大多跟随 Bohr的哥本哈根学派，对波函数做统计解释。而一些理论研究文章则出现不同倾向。

你发给我的文章我还没有来得及仔细看，这类文章看起来都比较费劲。如果作者的解释是正确的，那些用Born统计解释可以认识的大量实验该如何重新解释？

三

我花了一些时间在量子计算上，但进展不大。原因在于我理解不了superposition在量子计算中的作用。一个qubit可以同时处于0和1的状态，又怎样？依然得不出量子计算任何的结论。在计算机里，0，1序列可以表示一块数据，也可以表示一些操作，作用在数据上。我实在理解不了superposition在其中能起到什么积极的作用。

如果以下问题都能够得到清楚的答案，我觉得量子计算的基本问题就基本清楚了：

1. 如何写qubit，比如将其状态置为1，
2. 如何读qubit，
3. qubit序列的读取：顺序、倒序、随机，
4. Entanglement在qubit读取中起什么样的作用？

另外，如何写量子计算机的模拟器，也就是在传统计算机中模拟量子计算，这样虽然计算速度慢一些，但可以验证量子算法的正确性。不然量子算法非要在量子计算机上运行，大部分人手头又没有。基本上，了解了以上几个问题，就可以着手写模拟器。

四

Superposition stats是量子计算的核心。

这个问题你想清楚了，一切都清楚了。

最近，我有个同学来北京看病（肝癌），我一直在陪他。现在他住在师大，我每天去给他做饭。等过去这几天，我约你讨论叠加态与量子计算的问题。

五

我已基本搞清楚了量子计算的主要问题，虽然我还没有明了答案，但我可以分别研究这些问题，各个击破。

以下是我总结的主要问题：

1. 如何在物理上构造qubit，

2. 如何操作qubit，

3. qubit的数学，

   对应于经典计算机的布尔代数。基本上是矩阵运算，矢量。逻辑门有些像算子，作用在矢量上，矢量代表qubit的状态。这块我看过非门，H门。

4. 如何用一个或多个qubit构造逻辑门

   这块是我想的。这样做可以简化问题，容易分工。物理方面的人考虑如何构造qubit，把逻辑门构造问题留给数学方面的人来解决。否则物理方面太麻烦。

5. 量子计算的算法。

其中前两个问题是物理方面的，之后的都算数学问题。

量子计算好像以费曼为鼻祖，这个聪明人发现量子可以规制为qubit，qubit符合矩阵运算操作，基于其上造逻辑门，整寄存器，发明算法，进行量子计算。

六

1. 构造qubit不成问题，电子的自旋态，光子的极化态都可以是qubit, 光子尤其方便。

2. 操作qubit，实现量子计算或量子通讯，需要构造量子逻辑门，特别是“通用”（Universal)逻辑门。

   量子逻辑门相当于幺正变换，是可逆的，不引起熵增加。

3. 对于状态（qubit)的量子测量，引起状态的变化。一般称作破坏状态，或波包塌缩。

。。。。。。。。。。。。。。。。

再过一周，我约你讨论。

七

先贴您的一个学生眼中的您（我估计他是北师大03左右的）：

在刚刚入学的那个秋天，学校举办了一个十佳教师的评选。在教七和数学楼之间的橱窗里，展出了各位获奖老师的简介。当时我就一个一个的看，居然发现有一位我们物理系的老师！！当时很惊喜，很自豪，也因此从那时起就开始仰慕裴寿镛老师了。

你在物理楼见过一个个子不高，总是背着一个破破的双肩背的书包的人么？那就是裴老师。裴老师的穿着，如果年纪轻一点，根本就是一个学生。他的整个心思，都在他的那个奇妙的量子世界里。

裴老师讲课属于启发式的，所以不是每个人在所有的时候都能听懂的。他自己也声明过这一点。但还是无法减轻教室的压力：每年量子力学开课的最初几周，偌大的110总是座无虚席，用马三立的话说，“挂票都没了”。当然也和考研有关啦，呵呵呵呵，搞的我们对上一级很有敌意。

裴老师是个牛人。他曾经跟我们说过，他最欣赏那些不来上课但仍然能学好的人，鼓励我们开动脑子去想，鼓励我们自学。他说他的量子是这么学的：上完课之后，不看书，不看笔记，自己从头到尾把整个过程推导一遍。复习的时候，他就是这样把整本书推了一遍。我们当时便被镇住了：牛人！！

裴老师似乎在学术方面的成就，不如他讲课那么瞩目。他备课极其认真细致。他曾说，在给我们上课之前，他总要抽出一个半天儿备课，虽然这门课他已经讲了N年了。把每个过程，我们可能会问的问题，都想一遍。这样，在课堂上，每讲完一段，他便向我们巡视，“有没有问题？”一个人站起来，问了一个我们可能觉得很出乎意料的问题。他却没有片刻停顿，接过话来，滔滔不绝的开始讲解。我们则只有惊叹他的学识渊博与精深。现在才明白，原来“台上一分钟，台下十年功”啊。裴老师不愧是一位好老师。如果我大一遇见的是这样的老师，肯定就死心塌地的学物理了。

裴老师还是一个个性很强的人。经常有一些独特的想法，令人敬佩。一个例子是，他的量子力学考题都是自己原创的，看起来很简单，决不考你繁难的计算；但是考察的东西非常基本，如果对基本的概念理解不清，根本就做不出来。我们那年的量子考试，题目真的不能说是难，可是还是一大堆人不到60分。裴老师当时很生气。其实不是他教的问题。量子力学本身就很难，他出题又这么出乎常人考虑，基本上不留投机取巧的余地；再说，有几位不是你想让他过他就能过的。

另一个例子是，裴老师是不要保送生的。他认为，大多数学生保送之后，就基本上不再看书了，直到次年入学，这样就荒废了一年；相反，考研的则比较深入的回顾和复习了，脑子一直在用，而且能力也在不断提升。所以，他愿意要考来的，拒绝要保送生。

这篇短文把我静了下来，想起了自己的大学时光。联想自己最近几年的工作，把繁忙除去就几乎没有意义了。2011年肯定要调整一下，要不然我就完全荒废了。

我在卓越网买了一本您的《量子力学》看。还没有深入看正文，只是把前言仔细看了下。我觉得您想在前言中说如下内容：

1. 现有本科《量子力学》教材所存在的问题，
2. 针对这些问题本书所做的改进，
3. 致谢。

其中第1点和第2点是最重要的。当下《量子力学》所存在的问题，我罗列如下：

1. 内容庞杂，
2. 对量子力学一些重要进展讲解不够，
3. 对量子力学研究中使用的新工具缺少涉及。

但是第1点您在书里没有展开。第2点又淹没在6条里。相当于没有提出问题就列了问题的解答。

我觉得这个前言非常重要。因此我把这个前言的前两点重写如下：

我在北京师范大学物理系为本科生讲了很多年的量子力学。其间使用《量子力学导论》（曾谨言）、《量子力学教程》（曾谨言）、《量子力学》（周世勋）以及《量子力学》（张永德）为主要教材和参考书目。这几本书也为国内多数院校采用，为国内量子力学本科教学作出了贡献。国内还有许多同行编写的量子力学教材，也各具特色。但是，由于成书较早以及量子力学学科本身的原因，这些书有以下问题：

1. 内容庞杂，对数学功底要求较高，
2. 对量子力学重要进展讲解不够，
3. 对量子力学研究中所使用的新工具缺少涉及。

鉴于此，本书做以下改进：

1. 突出讲解量子力学的理论结构和应用量子力学解决实际问题的最基本方法；篇幅限制在前4章
2. 以讲解物理概念为主，数学成分能省则省，
3. 安排第5章、第6章讲解量子力学的重要进展，
4. 在习题中安排使用计算机做图，计算机计算的题目，以及一些调研题目。

关于量子化学和天体物理我还没想好。因为这个相近理科专业的需要不知是否是一个普遍的需要。或者叫量子力学的新应用（可能不合适）？原文第6条（加*号内容为选学内容）和第4条（一些重要内容的割舍）有内在矛盾。为什么把一些重要内容割舍，而留一些选学的内容呢？那些重要内容不可以作为选学吗？但我感觉这两条和主要问题关系不大，甚至可以忽略。

如果仔细分析的话，较少课时的教学要求是对教师的要求，而不是对学生的要求。当然这本《量子力学》的读者有教师也有学生。但我觉得应该主要面对学生。因为教师一定读了很多，而且读了很多遍，而学生不是。因此较少课时的问题不是本书的主要问题。不过用较少课时要求的提法，就可以不提当下量子力学教材的问题了。作为学生，选教材或参考书不是很关心课时的。这本书的特点是主要关注的。

八

谢谢你给我的《量子力学》前言做了极好的注释。

这本书是高教社要求我写的，是被动的产物。我原来命名为《量子力学讲义》，出版方不同意。原来想在初稿后讲两遍，再成书，出版方也不同意，只能由他们决定。

我在近几年，认真地研究了几本法国量子力学教材，即我写的书后面参考文献所列的，Dalibard Cohen Tannoudji（1997年诺贝尔物理奖，他的量子力学书写于 1977年）的著作，特别是Dalibard和Basdevant合写的《The Quantum Mechanics Solver》，这不是一本通常的习题解，全部问题来自实验室，不是编造的题目。把真实的实验作为一个问题提出来，让读者一步一步解决。

问题例如：

• Neutriono oscillations
• Atom clock
• Neutron interferometry
• Spectroscopic measurement on a neutron beam
• Schrodinger's cat
• Quantum cryptography
• Direct observation of field quantization

等等。全部可以用量子力学的基本知识解决。看了这几本书之后，令我大感惭愧。决计不要写书，先读书为第一要务。但是高教社相催甚紧，只好仓惶出版，其中不妥之处很多，我已经分别向使用它作为教材的同行一一说明。

原来的前言也不是这么写的，其中有:“以其昏昏，使人昭昭”的等自我谴责的字句，都被出版者删去了。那确实是我的肺腑之言，对比Cohen等人的书（他们既是理论家，又是实验家），我只能算是个学习者。

这本书是为学时少的量子力学课编写的，希望能在48学时讲完。曾谨言先生看后觉得难以在48学时讲完。曾先生的书越写越厚，那是为另外一个群体写的，我在前言中，没有批评其他教材“内容庞杂”的意思。

九

零

这些十几年前的邮件中，你提出的量子计算问题，归纳在上文（五）中。十几年来，我希望能够弄明白这些问题，但是总是没有实现。最近几年，中国科大的两个团队（分别由潘建伟和郭光灿领导）在量子专用机的研制方向走的很快，美国的IBM, Google的量子计算机研制稍微超前一点。这迫使我想快些弄清楚量子计算和量子模拟的基本原理。但是总是半途而废。实现量子通用机的一个关键问题是“逻辑bit”的问题，如何实现逻辑bit. 使自动纠错成为可能？一些量子计算的书，要么艰涩难读，要么解决不了我关心的基本问题。总之，十几年来，我几乎没有进步。有一本书也许稍微好一点，我转给你参考。另外，吴军有一本新作 <计算之魂>，你是否注意到？科大袁岚峰写了一本量子计算的科普书，我忘了书名，宣传说这本书适合各种层次的读者。

一