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作者：陳俊嘉助研究員（本院原子與分子研究所）

為啟發年輕世代對科學研究的熱情，並促進跨世代的學術交流，本院於今（2026）年1月16日舉辦臺灣橋梁計畫第3場演講，邀請 2012 年諾貝爾物理學獎得主、法國物理學家 Serge Haroche 教授，與學生及青年研究人員面對面交流，分享其科研歷程與對未來物理學發展的深刻觀察。

本場演講由原子與分子科學研究所張銘顯副研究員主持，首先播放一段由林島諾貝爾獎得主大會（Lindau Nobel Laureate Meetings）製作的影片。影片以深入淺出的方式介紹 Haroche 教授在腔量子電動力學（cavity quantum electrodynamics, cavity QED）領域的突破性貢獻。透過精緻的視覺呈現，將高度抽象的量子物理研究轉化為一般大眾也能理解的故事，獲得現場熱烈迴響。

Haroche 教授因「在操控與測量單一量子系統方面的開創性實驗方法」，特別是利用高品質光學腔體長時間困住單一光子，並操控其量子態，榮獲 2012 年諾貝爾物理學獎。這項研究最初源於純粹的好奇心驅動，然而時至今日，相關技術已成為量子資訊與量子計算快速發展的重要基石，充分展現基礎科學長遠而深刻的影響力。

在活動交流中，學生及研究人員們展現高度熱情，更提問：「當代物理學還有哪些尚待年輕世代探索的重要問題？」Haroche 教授指出，量子力學與重力理論的統一，仍是當今物理學最深刻、也最具挑戰性的未解難題之一。此外，古典世界與量子世界之間的分界，亦是介觀物理（mesoscopic physics）持續探索的重要方向。這些問題不僅涉及理論突破，也高度仰賴實驗方法與新技術的發展。

針對青年科學家在研究初期如何規劃長期研究方向，Haroche 教授特別強調「研究環境」的重要性。他以法國高等師範學院（École Normale Supérieure, ENS）與美國國家標準與技術研究院（NIST）為例，指出穩定且鼓勵合作的研究文化，對於孕育深度科學創新至關重要。在 NIST，2012 年諾貝爾物理學獎另一位得主 David Wineland 能與多位同事長期合作，這在美國學術體制中相對少見；而在 ENS，Haroche 教授則與其學生 Jean-Michel Raimond 及同事 Michel Brune 長期合作超過三十年，共同在腔量子電動力學領域深耕研究。他認為，在科學研究中，「有人能與你一同承擔失敗、分享挫折」，是研究者得以持續前行、並勇於承擔風險的重要力量。

Haroche 教授也分享了自身踏入物理學研究的心路歷程。高中時期，他對數學特別著迷，並因在課堂上學習到能夠計算物體逃離地球引力場所需的速度而對物理產生濃厚興趣，原本立志從事天文物理研究。進入大學後，他修習了 Claude Cohen-Tannoudji 教授的課程，深受啟發，最終加入其研究團隊攻讀博士，踏上原子物理的研究之路。

博士班期間，Haroche 教授參與以「光學泵浦（optical pumping）」為核心的原子物理實驗，當時的研究對象仍是由大量原子所構成的集體系統。然而，所有實驗結果卻能毫無例外地由量子力學精準描述。這段早期的研究經驗，使他逐漸形成一個深刻的信念：如果量子力學能夠支配龐大系統的行為，那麼在單一粒子的尺度上，也必然遵循相同的物理法則。儘管當時的實驗技術尚不足以直接操控與觀測單一粒子，這個看似單純卻執著的想法，卻深深影響了他日後的研究選擇，並引導他在往後數十年的研究生涯中，持續朝向操控單一原子與單一光子的方向前進，最終開創了腔量子電動力學的嶄新研究路徑。

從早期對集體原子系統的探索，到後來開創單一量子系統的實驗尺度，Haroche 教授的研究生涯不斷嘗試拓展研究邊界，這樣的歷程顯示，具里程碑意義的科學貢獻，除了需要在既有技術上的漸進式改良，更重要的是敢於對全新研究方向與實驗框架的開拓。這類研究在初期未必能被立即理解或評估其應用價值，往往需要長時間的技術累積與等待。

談及基礎科學的未來，Haroche 教授進一步提醒年輕世代研究者，要勇於「想像並擁抱新工具」。他回顧自身研究歷程指出，科學發展往往難以預先預測其長遠影響。博士研究期間，他仍使用傳統光源進行實驗；然而在 1970 年代初期前往史丹佛大學從事博士後研究時，恰逢雷射光源技術開始出現的關鍵時刻。對於當時仍以傳統光源進行研究的實驗物理學家而言，雷射的誕生，徹底改變了原子與分子光譜學的實驗可能性。在 Arthur Schawlow 教授的實驗室中，Haroche 教授親身見證雷射技術的快速成熟，並身處於匯聚眾多優秀研究者的學術環境之中。

這段經歷使他深刻體認到，新工具的出現往往先於其應用價值的理解，而基礎科學的重大突破，正是源自研究者對這些新技術潛力的早期想像。也正是在這樣的脈絡下，他於本次演講中進一步探討「雷射科學與量子光學、量子感測與量子計算領域的最新發展與應用」，說明從雷射的誕生，到今日量子資訊與量子計算的關鍵技術，基礎研究如何在時間推移中逐步展現其深遠影響。

本次活動不僅讓學生近距離聆聽諾貝爾獎得主的科學洞見，也展現本院持續推動學術交流、培育下一代科學家的努力。正如 Haroche 教授所言，科學的道路充滿未知，而正是這份不確定性，驅動人類持續探索自然的本質。