【诺奖解读】2022年诺贝尔物理学奖，三位获奖者给爱因斯坦纠错 

瑞典皇家科学院4日宣布，将2022年诺贝尔物理学奖授予法国科学家阿兰·阿斯佩、美国科学家约翰·克劳泽和奥地利科学家安东·蔡林格，以表彰他们在“纠缠光子实验、验证违反贝尔不等式和开创量子信息科学”方面所做出的贡献。

10月4日，在瑞典斯德哥尔摩举行的2022年诺贝尔物理学奖公布现场，屏幕上显示奖项得主阿兰·阿斯佩（左）、约翰·克劳泽（中）和安东·蔡林格的照片。新华社记者任鹏飞摄

瑞典皇家科学院在当天发表的新闻公报中说，三位获奖者在量子纠缠实验方面都有重要贡献。他们的实验结果“为基于量子信息的新技术扫清了道路”，目前在量子计算、量子网络和量子保密通信方面已有大量相关研究。

公报说，在量子力学的发展历程上有一个著名的贝尔不等式，如果它始终成立，那么量子力学可能被其他理论替代。为此，许多量子科学家一直在寻找违反贝尔不等式的验证，克劳泽提出了一个利用处于纠缠态的光子的实验，其结果可以违反贝尔不等式，阿斯佩进一步填补了克劳泽实验中的重要漏洞。蔡林格进行了更多实验，并且其团队还利用量子纠缠展示了量子隐形传态，即有关量子态的传输。

三名科学家将平分1000万瑞典克朗（约合90万美元）奖金。

解读 | 纠缠，是一种强大的工具

科技日报记者 张梦然

获得诺贝尔物理学奖的三位科学家——法国科学家阿兰·阿斯佩、美国科学家约翰·克劳泽、奥地利科学家安东·塞林格，他们通过开创性的实验展示了处于纠缠状态的粒子的潜力，这三位获奖者对实验工具的开发，也为量子技术的新时代奠定了基础。

阿兰·阿斯佩（左）、约翰·克劳泽（中）、安东·塞林格（右）。图片来源：诺贝尔奖官网

你明白“纠缠”吗

在所谓的“纠缠对”中，一个粒子发生的事情，会决定另一个粒子发生的事情（不管相距多远）。这意味着什么？

纠缠示意图。

量子力学的基础不仅仅是一个理论或哲学问题。其与全世界正密集研发的、以利用单个粒子系统的特殊属性来构建的量子计算机、改进测量、量子网络以及量子加密通信，都能息息相关。

以上应用，均需依赖于量子力学如何允许两个或多个粒子以共享状态存在，甚至无论它们相隔千山万水，均能保持这一状态。

这被称为纠缠。

自从该理论提出以来，它一直是量子力学中争论最多的元素之一。

两对纠缠粒子从不同的来源发射。每对粒子中的一个粒子以一种特殊的方式相互纠缠而聚集在一起。然后，其他两个粒子（图中的1和4）也被纠缠在一起。通过这种方式，两个从未接触过的粒子可以纠缠在一起。

阿尔伯特·爱因斯坦说这是“幽灵般的超距作用”，而埃尔温·薛定谔说这是量子力学最重要的特征。

今年的获奖者们，探索了这些纠缠的量子态，他们的实验为基于量子信息的新技术扫清了障碍，为目前正在进行的量子技术革命奠定了基础。

不断解决漏洞

长期以来存在的一个问题是，相关性究竟是不是因为纠缠对中的粒子包含隐藏变量。1960年代，约翰·斯图尔特·贝尔提出了以他的名字命名的数学不等式。这说明如果存在隐藏变量，则大量测量结果之间的相关性，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，从而导致比其他方式产生了更强的相关性。

量子力学的纠缠对可与反方向抛出相反颜色球的机器相提并论。当鲍勃接住一个球，看到它是黑色的时，他立即知道爱丽丝抓住了一个白色的。在使用隐藏变量的理论中，球总是包含有关显示什么颜色的隐藏信息。然而，量子力学却说，这些球是灰色的，直到有人看着它们时，一个随机变成白色而另一个变成黑色。贝尔不等式关系表明，有实验可以区分这些情况。这样的实验证明了量子力学的描述是正确的。

约翰·克劳泽发展了贝尔的想法，并通过一个实际的实验进行测量，测量结果通过明显违反贝尔不等式来支持量子力学。这意味着，量子力学不能被使用隐藏变量的理论所取代。

约翰·克劳泽研究示意图。

在约翰·克劳泽的实验之后，一些漏洞仍然存在。阿兰·阿斯佩开发了一种新设置，并以一种弥补重要漏洞的方式使用它。他能够在纠缠对离开其源后切换测量设置，因此在它们发射时既有设置就不会影响结果。

阿兰·阿斯佩研究示意图。

使用改良工具和一系列长期实验，安东·塞林格的团队利用纠缠量子态证明了一种称为量子隐形传态的现象，它可以将量子态从一个粒子移动到远距离的另一个粒子。

安东·塞林格研究示意图。

“纠缠态”正从理论走向技术

量子力学现已开始得到应用，并产生了很广阔的研究领域，其包括量子计算机、量子网络和更为安全的量子加密通信。

从实践的角度来说，量子纠缠所代表的，其实是一个巨大资源。科学家们对量子纠缠漏洞的不满，正源于每一阶段可应用范围的不够。

诺贝尔物理学委员会主席安德斯·伊尔贝克这样总结道：“越来越清楚的是，一种新型的量子技术正在出现。我们可以看到，获奖者在纠缠态方面的工作非常重要，甚至超出了关于量子力学解释的基本问题。”

来源：新华社、瑞典皇家科学院官网、科技日报，版权归原作者所有，如有侵权联系删除！

编辑：刘彬

免责声明： 自媒体综合提供的内容均源自自媒体，版权归原作者所有，转载请联系原作者并获许可。 文章观点仅代表作者本人，不代表环球物理立场。

环球物理

ID：huanqiuwuli

环球物理，以物理学习为主题，以传播物理文化为己任。专业于物理，致力于物理！以激发学习者学习物理的兴趣为目标，分享物理的智慧，学会用物理思维去思考问题，为大家展现一个有趣，丰富多彩的，神奇的物理。返回搜狐，查看更多