南方科技报：《十万个高科技为什么》
高举科普旗帜，点燃科学之光
科技是国家兴盛之基，创新是民族进步之魂。进入21世纪以来，全球科技创新进入前所未有的密集活跃期，新一轮科技革命和产业变革正在重塑全球创新格局、重塑全球经济格局。
南科大校长陈十一认为，为推动公众科技意识的提升和科学精神的培育，南科大必须做出一些贡献、承担一些责任。在粤港澳大湾区崛起带来世界一流大学集群打造、推动湾区科技创新的今天，南科大愿以探路者姿态，举起创新科普文化和推动科技传播的大旗，依托学校专业人才聚集的一流师资队伍、全面专业的学科布局、国际领先的学术成果、深度融合的产学研体系等优势资源，努力打造高科技知识科普平台，普及科学知识、倡导科学方法、传播科学思想、弘扬科学精神、点燃科学之光。
由南科大教授协会牵头，汇聚致力于科普文化传播的师生力量，依托南科大官网、官方微信、学生社团自媒体平台，推出“十万个高科技为什么”系列科普报道。不同于针对中国青少年的科普系列《十万个为什么》，本系列更加关注中学生以上青少年读者和普通大众，关注前沿科技，普及高科技知识，分享高科技力量，推动全社会形成讲科学、爱科学、学科学、用科学的氛围。
随着5G、云计算、人工智能等技术的发展，高科技已经渗透到生活和社会的方方面面。我们希望通过《高科技的十万个为什么》系列科普报道，连接科学与人文、过去与未来、精英与民众、技术与应用，让高科技知识“飞进寻常百姓家”；同时进一步促进南科大各学科之间、南科大与各高校之间、南科大与社会大众之间的跨学科、跨学校、跨领域的文化交流与协同创新，为培养具有科学精神和创新能力的时代新人提供思考与启发。
- 编辑
“
“上帝会掷骰子吗？”量子力学的哥本哈根诠释
”
——物理系卢大伟
“上帝会掷骰子吗？”
这个问题触及了整个量子力学理论框架的核心。
如今，即便是一个对“量子力学”这个概念陌生的年轻人，也或多或少熟悉这句话，乃至上个世纪那场旷日持久的百年之争。当时，这场争论是整个物理学界最大的谈资，争论双方的领袖——爱因斯坦和玻尔——是当时学术界的“流量明星”。
要深刻理解这个问题的意义，我们需要简单回顾一下量子力学的早期发展史。1900年，为了解决黑体辐射问题，德国物理学家普朗克提出了“能量量子”模型。该模型通过对能量进行离散化，成功地从理论上拟合了实验黑体辐射曲线。当时，爱因斯坦21岁，刚刚大学毕业；玻尔只有15岁，可能还在读中学。27年后，在索尔维会议上，两人成为物理学界经典学派和量子学派的领袖，带领众多天才物理学家进行了一场学术最高版本的“华山论剑”。
1927 年第一届索尔维会议
（此次会议主题为新兴量子力学，29名参会者中有17人获得了诺贝尔奖。值得一提的是，索尔维会议至今仍在举办）
1905年，爱因斯坦提出“光量子”假说，将“本来应该是电磁波”的光想象为微小的光粒子，成功解释了光电效应。不久之后，玻尔又在1913年提出量子化原子结构，成功解释了氢原子的能级结构和光谱，并于当年获得诺贝尔奖。丹麦人玻尔带着荣誉和奖金回到哥本哈根，建立了研究所，培养了一批年轻人，共同研究量子力学。很快，玻恩、海森堡、泡利等一批独立自主、无所畏惧的年轻学者聚集在他身边，共同创立了“哥本哈根学派”。思想的碰撞迸发出激烈的火花，自由的学术氛围是人类进步的核心要素。
哥本哈根学派的三位代表学者：玻尔、海森堡、泡利
哥本哈根学派在创立之初就开始从哲学角度思考量子问题。光和电子有时像波，有时像粒子的“波粒二象性”意味着什么？它的由来又是什么？为什么我们每次都只能看到它的“一面”？最终借助被誉为“拉斯维加斯之光、大富翁之魂”的骰子的力量，量子力学的“哥本哈根诠释”浮出水面：世间万物，其实都是由骰子组成的！
骰子代表着不确定性，每次掷骰子，结果都是随机的，这难道不符合物理学强调的精确性和确定性吗？哥本哈根学派是什么意思？
我们来看一个例子。电影《变形金刚》中的“大黄蜂”有两种形态：机器人和黄色汽车。每次女主角不看它的时候（在物理学上，我们喜欢把“看”称为“测量”），它都可能处于两种形态中的一种。但一旦女主角转回来“测量”，她就会确定此时的大黄蜂是机器人还是黄色汽车。有时，距离上次“测量”仅仅过去了几秒钟，再回头看就会发现大黄蜂又变了形态。哥本哈根学派的量子力学“骰子假设”，科学上称为“概率诠释”，就是类似的思想。
给大家展示一下三秒“变身”
除了上述的“概率解释”外，哥本哈根学派的核心观点是“测量坍缩”。量子尺度物体的当前状态，其实是若干个可能状态的“概率叠加”；在测量之前，我们无法预测物体的真实状态，是一种真正的随机性；一旦开始测量，物体就会“坍缩”到某一个可能状态，仿佛一直处于那个状态。如果想得到其他可能状态，则需要复制粘贴大量相同的物体，对每一个物体分别进行测量，通过统计得到这些可能状态的概率。
虽然“概率解释”与“骰子实验”类似，但量子力学更纯粹。骰子的随机性其实是伪随机的，“作弊者”可以完全控制掷骰子的结果。量子力学则不同，这种随机性是真正的随机性，没有“作弊者”可以控制它。
你还想在“赌神”面前作弊吗？
在我们的日常生活中，我们很容易就能记下现实中许多违背常识的“概率解释”的例子。比如，太阳在天上吗？在回过头来“测量”之前，你或许已经猜到了答案。而一旦回过头来“测量”，你就会发现太阳静静地挂在天空中。太阳消失虽然是一种可能的状态，但其发生的概率极小，我们这一辈子应该都不会遇到。在这个前提下，太阳在不在天上似乎和我们“测量”的时机无关。但哥本哈根学派认为，回到微观的量子世界，情况就完全不同了。就连最荒诞的事实，在量子世界里都可能出现。
爱因斯坦、薛定谔、德布罗意等一小撮人对哥本哈根学派的“概率解释”十分不满，认为这触及了人类最基本的哲学观念之一——实在论。“一个物体或它的状态的存在难道不应该从一开始就是确定的，或者完全‘实在’的吗？又怎么可能由观察者决定？即使在迷雾重重的量子世界里，这种说法也是荒谬的！”由此，科学史上著名的争论开始了。以爱因斯坦为首的古典学派对哥本哈根学派展开了猛烈的攻势，双方的每一次针锋相对都迸发出智慧甚至艺术的火花。
比如下面两人之间的“喊话”：
爱因斯坦：玻尔，上帝不掷骰子！
波尔：亲爱的，请不要告诉上帝该做什么！
波尔（左）和爱因斯坦（右），他们是学术上的对手，生活中的密友，用一句时髦的话来说，他们是一对学术上的好搭档。
与爱因斯坦站在同一边的薛定谔举了一个他认为“极其荒谬”的例子来反驳“概率诠释”理论：一只猫和一个由放射性元素驱动的毒液释放系统被放在一个盒子里。在打开盒子观察之前，猫处于“活着”和“中毒致死”二元状态的叠加态。这就是著名的“薛定谔的猫”。不过，薛定谔当然没有想到，他提出的这个用来反驳哥本哈根理论荒谬性、与现实不相容的实验，今天会被很多人误认为是“概率诠释”的经典论证。
“薛定谔的猫”思想实验图
百年之争已过去多年，即便在今天，物理学界最广泛认可的哥本哈根学派“概率解释”理论依然面临诸多争议。面对浩瀚的量子物理奥秘，人类依然是手握一线光明的探索者，期待着下一个震惊学界、揭开真相之谜的发现。
关于作者
卢大伟，南方科技大学物理系副教授。研究领域：基于自旋磁共振体系的量子信息处理与相干控制；高量子比特体系的开发、表征与操控；量子模拟、量子纠缠与量子态重构。教育经历：2007年9月—2012年7月，中国科学技术大学微尺度国家实验室，量子信息物理专业，博士学位；2003年9月—2007年7月，中国科学技术大学专科班，光信息科学与技术专业，学士学位；工作经历：2019年5月—至今，南方科技大学物理系副教授；2017年7月—2019年5月，南方科技大学物理系助理教授；2012年9月—2017年8月，加拿大滑铁卢大学量子计算研究所，博士后研究员。
东京大学情报学相关研究室报考指南：工学系研究科-系统创成专业
东京大学作为日本的顶尖大学，是无数想要去日本读硕士的学生的终极目标，而信息科学或计算机相关专业也是非常热门的备考方向。
我想在东京大学攻读信息科学专业。我可以申请哪些研究生院？
1 工学研究生院 - 系统工程专业
工学研究院的系统创造专业涵盖多个研究领域，其中在社会经济系统领域，有一些计算机相关的研究实验室，信息科学专业的学生可以优先考虑。
『评估方法』
第一步是笔试：主要根据研究计划、托福、你的GPA以及毕业的学校等进行考量。笔试可以简单理解为简历筛选，必须通过这一步，才能参加后面的笔试和面试。
接下来是笔试：笔试会从上图的三个方向进行，信息科学的考生一般只会考虑第二个方向，主要考数学。
最后我们来看看近几年的录取情况：因为疫情期间硕士考试做了很大改变，所以近两年的倍数只具有参考价值。
2 新领域研究生院 - 信息生活
新前沿研究部-信息生命是一门融合生命科学与信息科学的专业，虽然该专业部分实验室看似与生物医药相关，但实际上很多实验室更偏向于数据科学等研究。
『考核方法』
第一步是笔试：该专业不需要提交正式的研究计划，主要考察你做志愿者的动机以及对所希望研究方向的了解。
然后就是笔试了，考的科目有线性代数，概率统计，排序算法，复杂性，图论，动态规划，另外还有一些生物题，笔试可以选择两门科目。
3 综合文化广域系统科学研究生院
广域系统科学研究科这个专业，听上去像是文科专业，但其实里面包含着更偏向理科的专业。
『考核方法』
第一类是选书考试：比较特别的是需要提交一篇短文和日语能力证明。短文题目涉及很多领域，如果是信息科学相关的题目，会从指定的试卷列表中选择一篇，内容浓缩为两页，回答指定的问题。试卷内容涵盖编程原理、算法、操作系统、计算机图形学、人工智能等。
下面的图片是近两年的测试结果，大家也可以参考一下。
4 信息科学与环境科学研究生院 - 高级绩效
最后要介绍一个信息科学领域的专业，大家可以看到它也是一个融合专业，在研究实验室里有一部分人在做计算机视觉方面的研究，这也是一个比较热门的研究方向。
『评估方法』
第一步是文书筛选：可以看到这个专业应该是今天介绍的四个专业中文书材料最复杂的，不仅需要提交研究计划和日语能力证明，还需要提交推荐信。
由于该专业没有笔试，最重要的材料是研究计划，所以该专业的备考建议是针对目标实验室和研究计划进行专门准备，不仅要了解计划中提到的东西，还要准备其他相关知识，以拓宽自己的知识面。
事实上，除了以上介绍的四所研究生院的部分专业外，还有一些专业包括与信息科学相关的研究实验室。
如果想要了解更详细的介绍和准备选项，可以观看Bilibili上的视频《四七塾 | 东京大学哪些研究生院可以报考情报学专业？》视频中对以上专业的研究实验室和科目准备进行了更详细的介绍。
