Marlan Scully教授 圖片來自 TEXAS A&M UNIVERSITY官網(wǎng)

編者按：

美國得克薩斯A&M大學(xué)和普林斯頓大學(xué)的Marlan Scully教授，是量子光學(xué)領(lǐng)域的先驅(qū)科學(xué)家。在激光物理和量子光學(xué)領(lǐng)域，他作出了多項突破性發(fā)現(xiàn)，包括：與Willis Lamb合作提出了激光的量子理論(Scully-Lamb量子理論)，實現(xiàn)了無粒子數(shù)反轉(zhuǎn)激光的首次實驗演示，首次成功在熱原子氣體中產(chǎn)生超慢光，以及利用量子相干性實時檢測炭疽病毒等。Marlan Scully教授科研興趣濃厚廣泛，著作等身，他合作編寫了量子光學(xué)的經(jīng)典教科書Quantum Optics和Laser Physics。除了過人的科學(xué)造詣，他還是活躍的領(lǐng)導(dǎo)者，例如每年在猶他州鹽湖城Snowbird舉行的 Winter Colloquium on the Physics of Quantum Electronics（簡稱PQE），他從創(chuàng)始初期就負責領(lǐng)導(dǎo)，吸引著來自世界各地、各個領(lǐng)域的物理學(xué)家。

——Photonics Research主編 楊蘭

Marlan Scully是美國科學(xué)院院士、美國藝術(shù)與科學(xué)院院士、歐洲科學(xué)院院士，俄羅斯科學(xué)院院士以及馬克斯·普朗克學(xué)會會士；曾獲中科院“愛因斯坦教授”稱號。因其杰出工作，他榮獲了許多重要獎項，包括 APS Schawlow獎、OSA Townes獎、 IEEE Quantum Electronics獎、富蘭克林學(xué)會Elliott Cresson獎?wù)隆?OSA Lomb 獎和OSA DPG Herbert Walther 獎等。

近期，Marlan Scully教授接受了Photonics Research 主編楊蘭教授的專訪，暢談他與量子光學(xué)科研事業(yè)的緣起、回顧他的幾項重要研究進展、探討當今年輕科研工作者的發(fā)展方向。

（經(jīng)典量子光學(xué)教材Quantum Optics圖片來自谷歌圖片）

楊蘭：您從事量子光學(xué)研究已有幾十年，您最初為什么會選擇這一領(lǐng)域？

Marlan Scully：我在懷俄明大學(xué)獲得量子力學(xué)專業(yè)的學(xué)士學(xué)位后，便到耶魯大學(xué)開始研究生階段的學(xué)習(xí)，從事低溫物理方面的工作。而著名物理學(xué)家Willis Lamb當時也在耶魯，正是他發(fā)現(xiàn)了蘭姆移位，并將量子電動力學(xué)發(fā)展成一個兼具理論與實驗的研究領(lǐng)域。我非常幸運地為Willis Lamb所教授的量子力學(xué)課程批改作業(yè)。

后來，我慢慢意識到低溫物理并不是一門容易的學(xué)科。幸運的是，那時激光研究逐漸興起，Lamb在耶魯大學(xué)研究激光，當時他建議我一起研究激光的基本原理，研究激光密度矩陣如何從閾值下過渡到閾值上。他說朱利安·施溫格曾經(jīng)就研究過這一問題，但是沒有得到滿意的結(jié)論。其實我當時不太愿意，但他堅持建議我嘗試一下，表示這個課題足夠一篇畢業(yè)論文了。自那之后，我便進入了這一領(lǐng)域，現(xiàn)在看來，我非常幸運遇到了Willis Lamb，并且有這樣一個有趣的問題。這就是我進入量子光學(xué)領(lǐng)域的原因：好運，以及優(yōu)秀的共事者。

Marlan Scully（中間）和1955年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者Willis Lamb（右二），Olga Kochakovskaya（右一），Ali Javan（左一）及Paul Mandel（左二），來自www.lambaward.org

楊蘭：在您看來，量子光學(xué)發(fā)展史上最重要的發(fā)現(xiàn)或突破是什么呢？

Marlan Scully：量子光學(xué)對人類日常生活最重要的影響應(yīng)該是激光的發(fā)現(xiàn)，它給人類帶來了巨大的益處。1960年我還在求學(xué)，那時盡管光學(xué)領(lǐng)域出現(xiàn)了許多小而有趣的方向，比如法布里-珀羅腔、光譜學(xué)等，但總體來說光學(xué)并非是熱門領(lǐng)域。直到激光出現(xiàn)之后，各種光譜學(xué)研究才成為了可能。例如拉曼光譜學(xué)，這是一個偉大的理論，在量子力學(xué)誕生之前，在1924年由理論物理學(xué)家Smekal提出的。該理論是指當入射光被振動的分子散射時，會產(chǎn)生頻率稍低的散射光，這種出射光的頻率下移被稱為“斯托克斯散射”。當拉曼首次進行實驗時，他使用的是陽光，而100億個光子中只有1個能產(chǎn)生拉曼位移，數(shù)量太少了；但是如果使用激光，將會得到較強的信號。

加拿大的Boris Stoicheff等人是推動激光拉曼光譜應(yīng)用的先驅(qū)者。Stoicheff去印度時，他的光譜圖像就留在了拉曼的墻上。足以看出，激光的出現(xiàn)開拓了整個光學(xué)領(lǐng)域（如非線性光學(xué)，量子光學(xué)，激光光譜學(xué)等）的發(fā)展。至今，光學(xué)領(lǐng)域的版圖已經(jīng)如此宏偉。

楊蘭：您能跟我們分享一下激光理論被提出時的故事嗎？

Marlan Scully：在1905年，愛因斯坦以一種全新的方式深刻詮釋了統(tǒng)計力學(xué)。那時麥克斯韋的電磁波動方程仍被廣泛認可，愛因斯坦和其他人也都還沒想到光子的概念。從普朗克對熱輻射熵研究的方法中得到啟發(fā)，愛因斯坦意識到熱力學(xué)概念中光的熵是由兩部分組成，光具有雙重特性，既有波的特性，也有粒子的特性。正是通過研究波動和光的統(tǒng)計特性，才使愛因斯坦提出了光子的概念。

直到二十世紀五六十年代，人們開始研究高強度激光問題。Glauber等人證明描述一個相干輻射源的密度矩陣非常簡單，即光子的泊松統(tǒng)計分布，這就是現(xiàn)在所說的Glauber相干態(tài)。無線電波是Glauber相干態(tài)的一個很好的例子。

但是激光的輻射密度矩陣該如何表示？在低于閾值的情況，愛因斯坦已經(jīng)從熱力學(xué)角度給出了解釋；而高于閾值時是相干的，Glauber也給出了解釋。但在Glauber給出解釋之前，我們并不清楚。在他著名的關(guān)于激光輻射的講座中，Glauber說道：“要想構(gòu)建密度算符，只能通過分析和求解問題，以反推密度算符。”他說在諧振腔的情況下，可推算出公式。“非線性對于激光場的穩(wěn)定至關(guān)重要。因此在這一問題有進展之前，不太可能從量子力學(xué)的角度解釋激光的頻率帶寬及其輸出波動?！边@是Glauber 1964年講話中的內(nèi)容。

當時，Lamb將這一問題拋給了我，幸好我還沒看過Glauber的論述，否則我可能會退卻。那年整個夏天，我都在思考這個問題，直到Lamb回來后，我們才發(fā)現(xiàn)激光輻射的密度矩陣的確可以通過分析激光固有的非線性表示出來。

Marlan Scully和Willis Lamb、Murray Sargent合著的教材《Laser Physics》圖片來自谷歌圖片

楊蘭：激光是您研究的主要方向，在眾多的研究成果中，最喜歡哪個問題、對哪項成果感到最振奮？

Marlan Scully：二十世紀六十年代至八十年代中期，出現(xiàn)了玻色-愛因斯坦凝聚。玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)是一種弱耦合氣體，其原子服從玻色統(tǒng)計。一位優(yōu)秀的科學(xué)家完成了這一實驗，隨后麻省理工學(xué)院的Daniel Kleppner教授對此作出了總結(jié)，并成功吸引了一大批人研究這一問題。

很長一段時間內(nèi)，包括我在內(nèi)的很多人都覺得這不可能，認為得到的只是一團低溫氣體。氦原子成功實現(xiàn)凝聚態(tài)的原因在于其存在零點漲落，但如果把銣這樣的大原子與另一個大原子放在一起，它們將發(fā)生極化，變成一團。幸運的是，我們錯了，玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)確實存在。后來，Dan Kleppner在Physics Today上發(fā)表了一篇文章，他認為玻色-愛因斯坦凝聚與激光相似，是發(fā)生在原子之間的協(xié)同現(xiàn)象。這類物理現(xiàn)象與激光類似，因此稱其為原子激光。

隨后，Lamb打電話對我說：“簡直太瘋狂了，你去證明一下這是錯誤的。思路是證明這些弱相互作用的原子并不具有非線性，這些原子并不會產(chǎn)生類似光子般的非線性，因為光子是通過增益介質(zhì)相互作用的。你要證明這些全都不對！”我當時贊同他的觀點，于是我開始進行證明，這一問題逐漸吸引了我。然而，幾個月后我發(fā)現(xiàn)，他們的結(jié)果竟然是正確的！

借助一個合理的模型和細致的推導(dǎo)，我得到了相同的波動方程以及跟接近閾值的氦氖激光相同的密度矩陣表達式。最終推導(dǎo)出的方程與激光的量子理論的數(shù)學(xué)結(jié)果完全一致。我既震驚又興奮，馬上打電話給Lamb：“Kleppner是正確的，這就是原子激光！”Lamb很激動：“不可能！你盡快把計算結(jié)果寄給我看看?！蔽覍懴聛聿⒓慕o了他。他回復(fù)道：“盡管我還沒有論據(jù)證明這是錯的，但我就是不喜歡這個結(jié)果！”

之后，我把計算過程寫成論文手稿，署上他的名字寄給了他。他拍打著我的頭和肩膀：“不，我絕對不會和你一起發(fā)表這個結(jié)果；這個結(jié)果非常糟糕，我對這一結(jié)果非常不滿意！”我只好說：“Willis，保持一段長達四十年的友誼的唯一方法就是與朋友一起并肩跋涉，克服困難。你并沒有很多這樣的朋友，你有我，你想怎么樣？迫使我疏遠你嗎？”當然，我是在和他開玩笑。Lamb無奈道：“好吧，既然你很確定這一結(jié)果是正確的，那就發(fā)表吧，但是不要署我的名字，我們?nèi)匀皇桥笥?。”于是，我發(fā)表了這一結(jié)果。直到今天，人們在實驗中仍舊觀察到玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)——原子激光的波動與光子激光完全一致，這就是非常非常有趣的事情。

現(xiàn)在這個理論被應(yīng)用在生物物理領(lǐng)域，即我們熟知的生物光子學(xué)。[Herbert] Fr?hlich是超導(dǎo)研究的開拓者，他在1950年第一個指出了電聲相互作用的重要性。之后Bardeen、Cooper和Schrieffer據(jù)此得出了BCS理論。這些研究者們奠定研究基礎(chǔ)的過程非常有趣。當時他還說過，在生物體中，也極有可能存在相干現(xiàn)象，或者是玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)。

多年來，我?guī)缀鯊奈此伎歼^這個問題，但在過去的十年間，華盛頓的Bin-Solomon博士推動了這一研究。目前我們已經(jīng)對蛋白質(zhì)分子的縱向振動模式進行了計算；與激光相同，它也遵循玻色-愛因斯坦凝聚。研究超流體和玻色凝聚等，是一種真正的樂趣，是一個真正把樂趣和實驗相結(jié)合的領(lǐng)域。

Marlan Scully在得克薩斯A&M大學(xué)的超快激光實驗室

楊蘭：除了在量子光學(xué)領(lǐng)域，您還發(fā)表過利用飛秒自適應(yīng)光譜技術(shù)檢測炭疽孢子的文章，您研究這一方向的動機是什么呢，能否分享一下背后的故事？

Marlan Scully：如何解決本領(lǐng)域內(nèi)以及領(lǐng)域外的其他問題，是一個非常重要的課題。我一直鼓勵學(xué)生們平等對待應(yīng)用物理和基礎(chǔ)物理方面的研究。

故事回溯到2001年左右，普林斯頓炭疽案（發(fā)生在美國的一起生物恐怖襲擊事件，2001年9月18日開始，有人將含有炭疽桿菌的信件寄給了數(shù)個新聞媒體辦公室以及兩名民主黨參議員，此事件導(dǎo)致5人死亡，17人被感染）開始之初，我們需要一種遠快于實驗室濕法化學(xué)的分析技術(shù)，來檢測郵件上的白色粉末是否是炭疽孢子。

我開始著手研究這一問題，并決定嘗試拉曼光譜技術(shù)，但拉曼光譜信號仍然非常弱。而采用相干拉曼光譜技術(shù)——可以這樣理解“相干”：假設(shè)有部分郵件樣本中的分子，比方說有一小份一萬萬兆（即1020）個分子，如果能夠協(xié)同這些分子的行為，使其相干振蕩，那么信號強度將翻倍。普通拉曼的信號強度與每毫升中的原子數(shù)n成正比，而相干反斯托克斯拉曼光譜信號強度則與n2成正比，因此相對于拉曼光譜技術(shù)更優(yōu)。

然而問題在于，采用非尋常相干拉曼技術(shù)——之所以說“非尋?！笔且驗橄啾绕胀ɡ夹g(shù)，信號強度變成了n2，這是好的一方面；而壞的一方面則是噪音也變成了n2，因此造成了信號和噪音的混淆。所以我開始著手研究改進這項技術(shù)的方法，最終想到了飛秒自適應(yīng)技術(shù)——我們稱之為飛秒自適應(yīng)光譜技術(shù)FAST CARS（Femtosecond adaptive spectroscopic techniques for coherent anti-Stokes Raman spectroscopy, FAST CARS）【譯注1】，結(jié)果證明這一技術(shù)有望實現(xiàn)檢測目標。

于是我前往美國國防部高級研究計劃局，向他們展示了這一技術(shù)的可能性。他們回復(fù)說這一技術(shù)不可行，但的確是一個非常重要的課題，撥付了一百萬經(jīng)費讓我們研究其不可行的原因。我回到得克薩斯，決定與其他人一起向研究計劃局證明這項技術(shù)的可行性。

過了一段時間，我們再次前往研究計劃局，他們回復(fù)說：“太好了，這里是1000萬，拿去做實驗吧”。然而，實驗需要用到飛秒激光器，但我們手中并沒有。事實上，21世紀初期，僅在密歇根和普林斯頓的實驗室才有飛秒激光器。由于我認識很多同行，所以我給普林斯頓的朋友打電話說明了情況，他們說，有很多人都想用飛秒激光器，但只有普林斯頓的教師才有資格使用激光器。除非你來我們這里做訪問教授，這件事才有得談。

于是，我去參加了“面試”，展示了我們的技術(shù)設(shè)想。然而，坐在房間后面的一個人突然跳了起來喊道：“這不可能，你錯了！眾所周知用CARS不行，因為CARS同時也會放大噪聲……”畢竟我還想借他們的激光器一用，所以我并沒有和他爭論。我說：“我一直希望對我最嚴厲的批評，來自于朋友的私下告誡，而非敵人公然的針對?！彼貜?fù)道：“這個房間里足足有200人，所以這不算私下場合；而且我們也不是你的朋友。”

（大笑）我繼續(xù)講我的報告，只好告訴他：“你錯了，原因如下…”我解釋了原因，之后他又和我持續(xù)爭論了一個星期，最后他終于相信了我的理論。于是，我們在普林斯頓和得克薩斯A&M大學(xué)就這一問題進行了數(shù)年的研究，學(xué)習(xí)如何使用、搭建這類激光器。我的朋友——得克薩斯A&M大學(xué)的Alexei Sokolov和一些聰明的學(xué)生們一起，在普林斯頓的科學(xué)家之前就實現(xiàn)了這一技術(shù)。

我們起初的目標是在掃過一封信的時間（1 ms~10 ms內(nèi)）進行檢測，經(jīng)過多次試驗，最終成功實現(xiàn)了FAST CARS技術(shù)，能夠在短至1 ns~1μs內(nèi)檢測到炭疽病毒。FAST CARS技術(shù)的這一成功應(yīng)用，讓我們開始探索拉曼光譜在病毒檢測領(lǐng)域的進一步應(yīng)用。

新冠疫情爆發(fā)后，我們有幸與德國的同事合作進行病毒檢測研究，一位名叫Volker Deckert的同事和我們一起想出了許多應(yīng)用這一技術(shù)的好點子。實際上，我們成功實現(xiàn)了快速檢測的目標，并提高了分辨率【譯注2】。他建議將這一技術(shù)命名為“FASTER CARS”。

借助該技術(shù)，如今我們能檢測到單個COVID-19病毒，并用針尖增強拉曼光譜掃描成像。針尖增強拉曼光譜是另一個專業(yè)術(shù)語，這項技術(shù)用一個如同原子力顯微鏡那樣的微小針尖掃描物體表面，對表面氨基酸進行拉曼光譜成像。我們利用這一技術(shù)也實現(xiàn)了很高的分辨率。這就是我們實驗室所進行的炭疽、COVID-19的病毒檢測研究。

細菌孢子的快速成像 圖片來自www.pnas.org

楊蘭：您可否談一談您當前的研究興趣？

Marlan Scully：疫情之前，我正在研究由David Lee提出的一個問題，David Lee因發(fā)現(xiàn)氦-3的超流體獲得了諾貝爾獎。David曾經(jīng)在耶魯大學(xué)做研究，在他離開康奈爾大學(xué)之后，我幸運地聘請他到了得州A&M大學(xué)——亦被戲稱“得州原子(Atomic)與分子(Molecular)大學(xué)”。有一天David問我，為什么黑洞的霍金熵與其面積而非其體積成正比？我翻遍教科書都沒找到想要的答案，所以我嘗試用另一種理論解釋：Unruh輻射。Bill Unruh是一位偉人，他在霍金之后，給出了一種有關(guān)黑洞輻射的深刻見解，發(fā)表了一些著作等。借助Bill的理論，我想出了一種理解黑洞輻射的新方法，即觀察原子落入黑洞時所發(fā)出的光。我對此非常著迷，并打電話給Bill告訴他我的研究，他來到這里與我們一起工作了一年，如今加入了我們部門。

新冠疫情過去后，我們將繼續(xù)這項研究。這是我感興趣的方向之一，如果我能從業(yè)余擠出更多時間，我想在這方面做更多工作，研究量子光學(xué)、壓縮光與黑洞Hawking-Uhruh輻射之間的深層聯(lián)系。量子光學(xué)與其他學(xué)科結(jié)合，能夠為其它學(xué)科做出貢獻，能在更深層面上諸如廣義相對論和黑洞物理這種看似風馬牛不相及的領(lǐng)域中發(fā)揮作用。我對這一點非常感興趣，但目前我仍在繼續(xù)新冠肺炎這方面的研究。

除此之外，遠距離成像的需求在量子光學(xué)中的地位不言而喻。遠距離的植物健康和活力的（檢測）成像也是量子光學(xué)科學(xué)家在農(nóng)業(yè)科學(xué)中濃厚興趣點之一【1,3】；我們在 Photonics Research 發(fā)表的文章Enhanced four-wave mixing process near the excitonic resonances of bulk MoS2中有具體報道。同時，我們也對潘建偉院士團隊去年在 Photonics Research 發(fā)表的文章Single-photon computational 3D imaging at 45 km十分感興趣，下圖是他們團隊進行單光子成像的示意圖；他們的結(jié)果讓我們感到振奮，這也應(yīng)驗了那句老話：一張圖片勝過千言萬語。事實上，單光子遠距成像技術(shù)還有望廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)【2】。

Marlan Scully與潘建偉院士

在白天遠程拍攝超過21.6公里的目標物。(a) 實驗的整體示意圖；(b) 目標物（建筑K11）的地面實況圖像；(c) 在可見波段，用標準天文相機拍攝的目標物圖像；(d)–(g) 在日光下使用單光子激光雷達拍攝的深度剖面，并通過不同的算法應(yīng)用于1.2 PPP（photon per pixel，每個像素點的光子數(shù)）和SBR=0.11（signal-to-background ratio，信號-背景比）的數(shù)據(jù)進行圖像重構(gòu)：(d) 用像素極大似然法重構(gòu)；(e) 用高效光子算法重構(gòu)【4】；(f) 用Rapp和Goyal 【5】的算法重構(gòu)；(g) 用所提的算法重構(gòu)。通過將重構(gòu)的圖像與使用大量光子獲得的高質(zhì)量圖像進行比較來計算峰值信噪比 (PSNR)。

楊蘭：請問如何在研究過程中提出很有意義的問題呢？

Marlan Scully：首先，選擇很有前景的領(lǐng)域，比如量子生物學(xué)，這是一個借助FAST CARS和FASTER CARS等激光光譜技術(shù)，也是一個將量子光學(xué)技術(shù)應(yīng)用在生物學(xué)領(lǐng)域的學(xué)科，如對冠肺炎病毒表面的氨基酸進行成像等。其次，反復(fù)斟酌一些深層的問題，比如之前的問題：玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)與激光之間是否存在某種聯(lián)系？通過研究這些問題，我們能否發(fā)現(xiàn)一些有趣的、意想不到的結(jié)果？答案是肯定的。

我認為首位真正在哲學(xué)意義上解決這一問題的人是Roger Penrose。由于在黑洞物理方面突破性的貢獻，他獲得了2020年的諾貝爾獎。他問道，量子計算機是否有可能模擬大腦工作的部分原理？每個人都回答，應(yīng)該不可能，大腦中的溫度太高，因此不存在相關(guān)性。在他的精彩著作The emperor's new mind中，Penrose寫道：“好吧，也許你們說的是對的，但一切都尚未蓋棺定論。”所以要選擇一個你感興趣的問題。我現(xiàn)在就對Penrose的這個問題很感興趣，比如能否用超輻射等現(xiàn)象中的量子相干和糾纏，來解釋生物學(xué)知識？大腦中是否存在量子的活動？

楊蘭：您發(fā)起的量子電子學(xué)物理冬季研討會（PQE）已成功舉辦了50多年，促使您持續(xù)舉辦這一研討會的原因是什么？

Marlan Scully：當我在亞利桑那州的時候，我曾與洛斯阿拉莫斯國家實驗室、阿爾伯克基的柯特蘭激光實驗室的研究者們共事，他們都很擅長滑雪。當時他們正打算學(xué)習(xí)光學(xué)和量子技術(shù)，于是他們說，如果能在猶他這種有一個開放坡道的新興滑雪勝地舉辦會議，早上去參加會議、下午滑雪，晚上回來繼續(xù)參加會議，那該多好??！所以我們發(fā)起了PQE。

這一研討會非常受歡迎，一是因為有趣，二是因為這是一種絕妙的研討交流方式。在早上8點到11點半的講座之后，聽眾們已經(jīng)開始感到疲憊；如果這時去滑雪，你也許能在滑雪纜車上偶遇Julian Schwinger等人。這也是PQE活動的亮點，提供了一個與Julian Schwinger等大牛輕松交談的氛圍，一個在友好、美妙的環(huán)境中辯論的機會。

我們將PQE會議持續(xù)辦了下去，50年后的今天仍在繼續(xù)。量子電動力學(xué)領(lǐng)域如今成果豐碩，許多參加研討會的人獲得了諾貝爾獎；還有很多人現(xiàn)在是該領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物。年復(fù)一年，參加該會議的人們組成了一個社群、一個家庭。目前PQE大約有300名成員，他們以一種特殊的途徑相互了解——一種不同于在紐約和其他地方的物理學(xué)會會議上簡單碰面的途徑。

楊蘭：除了組織PQE會議，您同時還兼任許多國際學(xué)術(shù)委員會以及評獎委員會的成員，您熱心幫助服務(wù)社區(qū)和學(xué)術(shù)界的初衷和收獲是什么？

Marlan Scully：和其他人一樣，我傾向于關(guān)注有趣且簡單的科研工作，遺憾有時候沒有花足夠的時間去關(guān)心年輕的同事。諾貝爾化學(xué)獎獲得者Dudley Herschbach是一位偉大的化學(xué)物理學(xué)家，已經(jīng)在我們部門工作了十幾年，總是在四處尋找那些需要幫助的人，也在抽時間編輯期刊。多么令人欽佩啊，我永遠無法像他一樣。

但我確實在努力幫助年輕同事和學(xué)生，這非常令人振奮。比如Wolfgang Schleich，在20世紀80年代早期我在德國的時候，他曾是我的博士生。如今他已經(jīng)成功地從聯(lián)邦政府那里為德國各地大學(xué)的研究人員爭取了7億歐元的經(jīng)費。多么了不起的成就！我對此也感到非常激動。我想說的是，要時刻注意你能為同事做些什么，因為你將從中得到巨大的快樂。耶穌說過，“拯救自身的方法就是喪掉生命”，要用你的一生去幫助別人。

楊蘭：您在工作之余的愛好是什么呢？您又被稱為“量子牛仔”，這背后的故事是什么？

Marlan Scully：我在懷俄明一個偏遠農(nóng)場中長大，喜歡爬山，包括攀爬魔鬼塔和懷俄明其他山峰。耶魯有一個非常棒的登山俱樂部，David Lee也是其中一員。釣魚、放牧都是我一直喜歡的活動。當我還是一名年輕的教授時，我有點過于敢作敢為、有沖勁，以至于有人說：“Scully的做事風格就像那些’先開火再問話’的西部牛仔一樣”。我做事率真有沖勁的風格為人所知，再加上我的確有幾個農(nóng)場，我想這大概是我被稱為“牛仔”的原因。

20世紀70年代末，Marlan Scully 和Vladilen Letokhov在"?"農(nóng)場。圖片來自Marlan Scully.

楊蘭：您對計劃從事量子光學(xué)研究的年輕學(xué)者們有哪些建議？

Marlan Scully：首先，找到一個真正吸引你的問題。對于量子光學(xué)來說，這一領(lǐng)域有許多問題有待解決，比如糾纏，或者利用壓縮光實現(xiàn)性能更優(yōu)的顯微成像等。這些問題，一方面屬于基礎(chǔ)科學(xué)，另一方面，它們其實有實際應(yīng)用。無論你的主要研究興趣是什么，都要思考如何有效利用那些技術(shù)的優(yōu)勢，讓自己有所收獲。

以我自身為例，我研究激光，當我發(fā)現(xiàn)激光陀螺儀在工業(yè)中的應(yīng)用潛力時，數(shù)十年來我一直為激光陀螺儀應(yīng)用方面提供建議。盡管我對此并非特別感興趣，這也并不是我的首要研究方向，然而一旦開始研究，它便會吸引我繼續(xù)做下去。因此一定要鉆研那些你真正喜歡的、讓你有探索欲的問題。

Webinar完整版視頻回放即將上線，敬請期待~

致謝

感謝中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)陳宇翱教授、上海交通大學(xué)袁璐琦教授、得克薩斯A&M大學(xué)易震環(huán)教授對本文的指導(dǎo)。

譯注：

【1】文章見 Scully, M. O. et al "FAST CARS：Engineering a laser spectroscopic technique for rapid identification of bacterial spores." Proceedings of the National Academy of Sciences 99.17 (2002)：10994-11001. Web. 11 July. 2021

【2】文章見 Volker Deckert, Tanja Deckert-Gaudig, Dana Cialla-May, Jürgen Popp, Roland Zell, Stefanie Deinhard-Emmer, Alexei V. Sokolov, Zhenhuan Yi, and Marlan O. Scully, "Laser spectroscopic technique for direct identification of a single virus I：FASTER CARS," Proceedings of the National Academy of Sciences 117 (45), 27820-27824 (2020).

Alexei V. Sokolov, Volker Deckert, Zhenhuan Yi, Marlan O Scully, "Detecting coronavirus with FASTER CARS：molecular coherence at work," Proc. SPIE 11700, Optical and Quantum Sensing and Precision Metrology, 117003G (5 March 2021); https：//doi.org/10.1117/12.2586828

文獻：

【1】Brian A. Ko, Alexei V. Sokolov, Marlan O. Scully, et al. Enhanced four-wave mixing process near the excitonic resonances of bulk MoS2[J]. Photonics Research, 2019, 7(3)：03000251

【2】Zheng-Ping Li, Xin Huang, Yuan Cao, et al. Single-photon computational 3D imaging at 45 km[J]. Photonics Research, 2020, 8(9)：09001532

【3】Zhang, L., G. S. Agarwal, and M. O. Scully. "Beam Focusing and Reduction of Quantum Uncertainty in Width at the Few-Photon Level via Multi-Spatial-Mode Squeezing." PhRvL 122(2019).

【4】D. Shin, A. Kirmani, V. K. Goyal, and J. H. Shapiro, “Photon-efficient computational 3-D and reflectivity imaging with single-photon detectors,” IEEE Trans. Comput. Imaging 1, 112-125 (2015).

【5】J. Rapp and V. K. Goyal, “A few photons among many：unmixing signal and noise for photon-efficient active imaging,” IEEE Trans. Comput. Imaging 3, 445-459 (2017).