他从未上过量子计算课程，却写了一本量子计算科普书

诺奖得主、知名物理学家玻尔曾说过：“谁要是第一次听到量子力学时没有感到困惑，那他一定没听懂。”提到量子力学，不论正在学习中的学生，还是有所掌握的老师，抑或只是对量子科技感兴趣的普通读者，在（自）学量子力学的过程中都或多或少有过犯难的时刻。

量子力学为何如此艰深难懂？学习以此为基础的量子计算有可能成为一件快乐的事吗？带着这些问题，我们采访了《量子计算的乐趣》（The Joy of Quantum Computing）的作者 Jed Brody。这本由普林斯顿大学出版社出版的量子计算科普书籍，以及作者对于量子物理相关概念的独特讲述方式，或许能解决你的一些困惑。

Jed Brody：我大学主修物理，毕业后的两年在西非贝宁共和国教授物理和化学。我喜欢用蜡烛、汽水瓶这些当地随手可得的材料做科学演示。离开贝宁后，我进入佐治亚理工学院读研究生，做太阳能发电方面的研究。这段研究经历让我倍感受挫——我并不擅长制作太阳能电池。我清楚自己热爱教学，于是申请了教职，至今已在埃默里大学担任教学教授二十三年。

▲Jed Brody，埃默里大学教学教授。

刚到埃默里大学时，我并没有发表论文的打算。但我发现自己喜欢设计低成本的教学实验，便把成果写成文章投给教育类期刊。最近，我了解到了免费、可远程访问的量子处理器，例如由IBM Quantum和Quantum Inspire提供的那些量子处理器（我对IBM Quantum更熟悉一些，但Quantum Inspire在全球范围内更普及）。目前很多量子计算的文献，要么预设读者拥有高等数学背景，要么走向另一个极端，专门写给完全不想看任何数学的人。我试图在两者之间找到一条中间道路，为那些不介意有一点数学的初学者编写教学材料。

▲Jed Brody的演示实验设备。

对新书中量子力学的认识

墨子沙龙：您在《The Joy of Quantum Computing》这本书中没有使用“Alice和Bob”这对经典的物理学家假想角色，而是使用了荷马史诗里面的经典形象，您为什么会选择如此打破常规的设定呢？

Jed Brody：由于我从未上过量子计算课程，只能靠自学。这个过程就像一场史诗般的旅程和一次艰辛的求索。那些新概念仿佛来自异世界。量子比特横跨陌生的叠加世界和熟悉的二进制世界，恰似神话中的英雄同时游走于魔法世界与俗世生活之间。

墨子沙龙：有些人认为量子力学必须依赖复杂的数学，也有些人觉得即使是量子力学科普也不应该包含公式推导内容，您在新书中，却选择了第三条路：不回避公式，而是用相对简单的算术让读者理解其中的矛盾。您选择这种科普方式，是否有什么特殊的理由？

Jed Brody：没错！完全可以用纯概念、非数学的方式来讲解量子话题。但归根结底，数学是物理学和技术的语言，如果完全避开，某些精妙之处就会在转述中丢失。物理学的魅力之一就在于，高中水平的数学就足以揭示许多隐藏的自然法则。对我个人而言，学习物理是一种与宇宙的深度交流，而数学则是通往宇宙深处的门户。有些读者不想碰任何数学，这完全没问题。但我对标的读者是那些希望看到自己基础的数学水平也能展现神奇应用的人群。

▲Jed Brody 的《The Joy of Quantum Computing》一书封面（普林斯顿大学出版社 Princeton University Press, 2025.07）

墨子沙龙：如果让您为自己这本《The Joy of Quantum Computing》做个自我评价，您最想强调什么？您希望通过这本书向读者传递哪些想法？

Jed Brody：《量子计算的乐趣》这本书中只用到高中代数的知识，以具体、量化的实例讲解了量子计算中最著名的算法和应用，包括量子隐形传态、格罗弗搜索算法和肖尔因数分解算法。我希望读者在看懂量子电路图这些“象形文字”时，能为自己感到惊喜。同时，我也希望能传达出量子信息科学中技术与哲学相互交融所带来的那份敬畏与惊叹。

对量子力学科普的理解

墨子沙龙：作为一名量子科普作家，您认为量子物理领域的科普与其他领域最大的差别是什么？

Jed Brody：量子物理常常给人一种神秘莫测、甚至带有玄学色彩的印象。一些顶尖物理学家提出的观点听起来颇为超自然，比如多重宇宙的存在。如果我们过度强调这些神秘的一面，就会给人造成一种印象，仿佛量子物理全是关于形而上学的玄思。但另一方面，量子物理中确实存在着一些严谨而真实的谜团，我们也不该轻描淡写，因为这些谜团也是量子物理魅力的一部分。

墨子沙龙：我们发现，您不仅是一位物理学家，还写过科幻小说（如The Philodendrist Heresy），您还曾在《今日物理（Physics Today）》杂志上发表过相关文章。在您看来，科幻创作和量子力学科普之间是否存在某种相辅相成的关系？

Jed Brody：没错！我批改过很多实验报告。不少学生以为科学写作就应该复杂晦涩、让人看不懂。但真正好的科学写作，恰恰是清晰而简洁的。优秀的科幻作品也同样清晰简洁，没有刻意堆砌的隐喻，也没有过度渲染的诗意。正是科学写作教会了我用简单直接的方式去写科幻小说，而不是去模仿莎士比亚的文风。

墨子沙龙：您如今的研究领域更加专注于教学实验方面，在您尝试用简单的教学实验来阐释复杂的物理学原理的过程中，是否曾经遭遇过什么挑战，或者是否曾有一些有趣的小故事，可以与我们分享呢？

Jed Brody：有一次，我设计了一个低成本实验，用一根一端密封的长塑料管（1.5到2米长）。我先在管里装一些水，然后倒扣进水桶里（如左图所示）。如果快速上下移动管子再固定住，管内的水就会先振荡一阵，最后逐渐平静。我当时在研究振荡频率与管子中水量多少的关系。右图显示了三种不同管长下，频率随充水率的变化（左端为0%，右端为100%）。

实验前，我并不知道结果会怎样。我让学生一边采集数据，我一边推导理论公式。学生最初只采集了曲线右半部分的数据：随着充水率降低（向左移动），频率一直下降。我本以为这个趋势会持续下去。但当我完成公式推导后，却发现当充水率小于0.5时，频率应该会重新上升。我当时甚至不相信自己的方程式！不过随后，我的学生采集了曲线左侧的数据，果然，随着充水率变得更小，频率又回升了。

要理解这个现象，我们可以这样想：当管子几乎空的时候，里面的水就像一个很轻的物体挂在弹簧上——由于很容易改变它的运动方向，所以振荡得很快；而当管子几乎装满时，里面的水则像连在一根非常硬的弹簧上的重物，因为管内少量被困住的空气在被压缩和膨胀时会产生很强的阻力。

▲演示实验设计与实验数据记录。

墨子沙龙：对于墨子沙龙的观众——他们既包括专业的科研人员，也包括对科学充满好奇的青少年——您有没有什么建议，或想对他们说的话？

Jed Brody：我想对年轻人说，你们可能会以为教授和作者们一直都学得又快又轻松，从来都是班上的佼佼者。但其实我们很多人都曾艰难地学习，甚至想过放弃。我读研究生时上了第一门量子力学课，尽管每次考试前我都花了十多个小时复习，但每一次测试成绩都低于平均分。所以，请不要轻言放弃！

▲Jed Brody与长城的合影。