2022诺贝尔物理学奖花落“量子力学”领域：三名科学家证明量子纠缠客观存在

  北京时间10月4日，瑞典皇家科学院宣布，将2022年诺贝尔物理学奖授予法国物理学家阿兰·阿斯佩（Alain Aspect）、美国物理学家约翰·克劳泽（John F. Clauser）和奥地利物理学家安东·塞林格（Anton Zeilinger），表彰他们通过光子纠缠实验，确定贝尔不等式在量子世界中不成立，以及在量子信息科学中的开创性贡献。

  “量子信息科学是一个充满活力且发展迅速的领域，”诺贝尔委员会成员 伊娃·奥尔森（Eva Olsson）说，“它在信息的安全传输、量子计算和传感技术等领域具有广泛而有潜力的影响。”

  据诺贝尔奖官方网站，三名科学家分别利用纠缠的量子态进行了突破性的实验。在纠缠的量子态中，即使两个粒子被分开，也表现得像是一个独立的单元。他们的成果为基于量子信息的新技术扫清了道路。

  基于他们的研究，量子力学不可言喻的效应开始找到实际应用的方式，并且逐渐形成一个很大的研究领域，包括量子计算机、量子网络和量子加密通信在内。

  获奖者的研究建立在物理学家约翰·斯图尔特·贝尔（John Stewart Bell）的工作之上，他致力于解决当粒子相距甚远、无法正常通信时，是否仍然可以协同工作的问题。20世纪60年代，贝尔提出了以他的名字命名的数学不等式。

  这一不等式表明，如果存在隐藏变量，那么大量测量结果之间的相关性将永远不会超过某个值。然而，量子力学预测，某种类型的实验将违反贝尔不等式，从而产生比其他情况下更强的相关性。

  美国物理学家约翰·克劳泽发展了贝尔的想法。克劳泽开展了一个实际的实验，实验的测量结果显然违反了贝尔不等式，从而支持量子力学。这意味着量子力学不能被一个使用隐藏变量的理论（贝尔不等式）所取代。

  但克劳泽的实验仍然存在一些漏洞。阿兰·阿斯佩发展了这个设置，并利用这一设置弥补了一个重要的漏洞，使其能够在纠缠对离开其源头后切换测量设置，从而使得发射时的设置不会影响最终结果。

  通过精密的工具和系列实验，安东·塞林格开始使用纠缠的量子态，他的小组还证明了一种被称为“量子传送”的现象。

  诺贝尔物理学委员会主席安德斯·艾贝克（Anders Irbäck）说：“越来越明显地，一种新的量子技术正在出现。我们可以看到，获奖者对纠缠态的研究非常重要，（其重要性）甚至超越了解释量子力学的基本问题。”

  十多年来，克劳泽、阿斯佩和塞林格一直在诺贝尔物理学奖的预测中占据着热门位置。2010 年，他们获得了以色列的沃尔夫奖，沃尔夫奖被视为诺贝尔奖的“风向标”。

  虽然物理学家经常解决乍一看似乎与日常问题相去甚远的问题——微小的粒子和巨大的空间和时间之谜——但他们的研究为许多实际应用的发展奠定了基础。

  奥地利物理学家、获奖者之一的塞林格将该奖项描述为“对年轻人的鼓励”。他说：“如果没有100多位多年来与我一起工作，并使这一切成为可能的年轻人，我不可能获得这个奖项。”尽管他承认该奖项是对这一领域未来应用的认可，但他说，“我的建议是，研究你认为有趣的事情，不要太在意可能的应用。”