每經編輯｜段煉(lian) 易啟江(jiang)     

據諾貝爾獎官網(wang)消(xiao)息(xi)，北京時(shi)間(jian)10月(yue)4日(ri)下午， 2022年諾貝爾物理學獎被授予科學家阿蘭·阿斯佩(Alain Aspect)，約翰·弗朗西斯·克勞澤(John F. Clauser)和安東·塞林格(Anton Zeilinger)，以表彰他們為糾纏光子實驗、證明違反貝爾不等式和開創性的量子信息科學所作出的貢獻 。

 

圖(tu)片來源(yuan)：視覺(jue)中(zhong)國 VCG111403957345

獲獎者開(kai)創了量子信息這(zhe)一學科 獎金約(yue)650萬元

據澎(peng)湃新聞(wen)，北京時間10月4日下午，在瑞典(dian)首都斯(si)德哥爾摩，瑞典(dian)皇家(jia)科學院宣布，將2022年諾(nuo)貝爾物(wu)(wu)理學獎授予法國物(wu)(wu)理學家(jia)阿(a)蘭·阿(a)斯(si)佩（Alain Aspect）、美國理論和實驗物(wu)(wu)理學家(jia)約翰·弗朗(lang)西斯(si)·克(ke)勞澤（John F. Clauser） 和奧地利(li)物(wu)(wu)理學家(jia)安東·塞林格(ge)（Anton Zeilinger），以(yi)表彰他(ta)們在量子信息(xi)科學研究方(fang)面作出(chu)的貢(gong)獻(xian)。

 

圖片(pian)來源(yuan)：諾貝(bei)爾獎官網

他們通(tong)過光(guang)子糾纏實驗，確定(ding)貝爾(er)不等式在(zai)量子世界中(zhong)不成立， 并開創了量子信息這一學科 。

獲獎者(zhe)將獲得一份證書、金(jin)質獎章和獎金(jin)。 2022年諾貝爾獎各個獎項的獎金是1000萬瑞典克朗，按當前匯率，約合650萬元人民幣 。

據科技日報(bao)，今天(tian)獲得諾貝爾(er)物理學(xue)獎的三位(wei)科學(xue)家(jia)——法國(guo)科學(xue)家(jia)阿(a)(a)蘭·阿(a)(a)斯佩(pei)、美國(guo)科學(xue)家(jia)約翰·克勞(lao)澤、奧地(di)利科學(xue)家(jia)安(an)東·塞林格，他們通過開創性的實驗展示了處于糾纏狀態的粒子的潛力，這三位獲獎者對實驗工具的開發，也為量子技術的新時代奠定了基礎。

在所謂的“糾纏對”中，一(yi)(yi)個粒(li)子(zi)發生的事(shi)情(qing)，會決定(ding)另一(yi)(yi)個粒(li)子(zi)發生的事(shi)情(qing)（不管(guan)相距多遠）。這意味著什么？

 

糾纏示(shi)意圖 圖片來源(yuan)：科技(ji)日報

量(liang)子(zi)力(li)學(xue)的(de)基礎不僅僅是一個(ge)理(li)論或哲學(xue)問(wen)題。其與全世界正密(mi)集研發的(de)、以利用單(dan)個(ge)粒子(zi)系(xi)統的(de)特殊(shu)屬(shu)性來(lai)構建的(de)量(liang)子(zi)計算(suan)機(ji)、改進測量(liang)、量(liang)子(zi)網絡(luo)以及量(liang)子(zi)加密(mi)通信，都能息(xi)息(xi)相關(guan)。

以(yi)上應用，均需依賴(lai)于(yu)量子力學如何(he)允許兩(liang)個(ge)或多(duo)個(ge)粒子以(yi)共享狀態(tai)存(cun)在，甚至無論(lun)它們相隔千(qian)山萬水，均能保持(chi)這(zhe)一狀態(tai)。 這被稱為糾纏 。

自從該理(li)論(lun)提出(chu)以(yi)來，它一(yi)直是量子力學中(zhong)爭論(lun)最多(duo)的元(yuan)素(su)之一(yi)。

 

圖片來源：科技日報

兩(liang)對糾(jiu)纏粒(li)子從不同的(de)來源發射(she)。每對粒(li)子中的(de)一個粒(li)子以一種特(te)殊的(de)方式(shi)相互糾(jiu)纏而(er)聚集(ji)在(zai)一起。然后(hou)，其他(ta)兩(liang)個粒(li)子（圖中的(de)1和4）也(ye)被糾(jiu)纏在(zai)一起。通過(guo)這種方式(shi)，兩(liang)個從未接觸過(guo)的(de)粒(li)子可以糾(jiu)纏在(zai)一起。

阿爾伯特(te)·愛因斯坦說(shuo)這(zhe)是“幽靈(ling)般的超距作用”，而(er)埃爾溫·薛定諤說(shuo)這(zhe)是量子力(li)學最重要的特(te)征。

今年的(de)獲(huo)獎者們，探索了這些糾纏的(de)量子(zi)態，他們的(de)實驗為基于量子(zi)信息的(de)新技(ji)術掃清了障(zhang)礙，為目前(qian)正在(zai)進行的(de)量子(zi)技(ji)術革命奠(dian)定了基礎(chu)。

長期(qi)以來存在的(de)(de)一個問題是(shi)，相(xiang)關(guan)性(xing)究(jiu)竟是(shi)不(bu)是(shi)因(yin)為糾纏對中的(de)(de)粒(li)子(zi)包含隱藏(zang)變量。1960年(nian)代(dai)，約翰·斯圖爾(er)(er)特(te)·貝爾(er)(er)提出了以他(ta)的(de)(de)名字命名的(de)(de)數學不(bu)等式(shi)。這說明(ming)如果存在隱藏(zang)變量，則大量測量結果之間(jian)的(de)(de)相(xiang)關(guan)性(xing)，永遠不(bu)會超過(guo)某個值。然而(er)，量子(zi)力學預測某種類(lei)型的(de)(de)實驗(yan)將違(wei)反貝爾(er)(er)不(bu)等式(shi)，從而(er)導致比其他(ta)方式(shi)產(chan)生了更強的(de)(de)相(xiang)關(guan)性(xing)。

 

圖片來源：科技日報

量(liang)子(zi)力學(xue)的糾纏對可與(yu)反方(fang)向拋出相(xiang)反顏色(se)(se)球(qiu)的機器相(xiang)提并論。當(dang)鮑勃接住一個球(qiu)，看到它(ta)是(shi)黑色(se)(se)的時(shi)，他(ta)立即知道(dao)愛麗絲抓(zhua)住了(le)一個白(bai)色(se)(se)的。在使用隱藏變量(liang)的理論中(zhong)，球(qiu)總是(shi)包含有關顯示什么顏色(se)(se)的隱藏信息。然(ran)而，量(liang)子(zi)力學(xue)卻(que)說(shuo)，這些(xie)球(qiu)是(shi)灰(hui)色(se)(se)的，直到有人(ren)看著(zhu)它(ta)們時(shi)，一個隨機變成白(bai)色(se)(se)而另一個變成黑色(se)(se)。貝(bei)爾(er)不(bu)等式關系表明，有實驗(yan)可以區分這些(xie)情況(kuang)。這樣的實驗(yan)證(zheng)明了(le)量(liang)子(zi)力學(xue)的描述(shu)是(shi)正確(que)的。

約翰·克勞澤發展了貝爾的想法，并通(tong)過一個實際的實驗(yan)進行(xing)測(ce)量(liang)(liang)，測(ce)量(liang)(liang)結果通(tong)過明顯違反貝爾不等(deng)式來(lai)支持量(liang)(liang)子力學 。這(zhe)意味著(zhu)，量(liang)子(zi)力學不(bu)能被使用(yong)隱藏變量(liang)的理論所取代。

 

約翰·克勞澤研(yan)究(jiu)示意圖 圖片來(lai)源：科技日(ri)報

在(zai)約翰(han)·克勞(lao)澤的(de)實(shi)驗(yan)之后(hou)，一些漏洞仍然(ran)存在(zai)。 阿蘭·阿斯佩開發了一種新設置，并以一種彌補重要漏洞的方式使用它 。他能夠在糾纏對(dui)離開(kai)其源后切(qie)換測量設置，因此在它們發(fa)射時既有設置就不會影響結果。

 

阿蘭·阿斯(si)佩研究(jiu)示(shi)意圖 圖片來(lai)源(yuan)：科(ke)技日報

使用改良工具和一(yi)系(xi)列長(chang)期(qi)實驗， 安東·塞林格的團隊利用糾纏量子態證明了一種稱為量子隱形傳態的現象 ，它可以將量子(zi)態(tai)從一個(ge)粒(li)子(zi)移動(dong)到遠距離的(de)另一個(ge)粒(li)子(zi)。

 

安(an)東·塞林格研究示意圖(tu) 圖(tu)片來源：科(ke)技日報(bao)

量(liang)子力學現已開始(shi)得到(dao)應用，并產生了很廣闊的研(yan)究領域，其包(bao)括量(liang)子計算機、量(liang)子網絡和更為安全(quan)的量(liang)子加密通(tong)信。

從實(shi)踐的(de)角(jiao)度來說，量(liang)子糾纏(chan)所代(dai)表的(de)，其(qi)實(shi)是(shi)一(yi)個巨大(da)資源。科學家們對量(liang)子糾纏(chan)漏洞的(de)不滿，正源于每(mei)一(yi)階段可應用范圍的(de)不夠。

諾貝(bei)(bei)爾物(wu)理(li)學委員會主席(xi)安德斯·伊爾貝(bei)(bei)克這樣總結道：“越(yue)來越(yue)清(qing)楚的(de)是，一種新型的(de)量子(zi)技術(shu)正在(zai)(zai)出現。我(wo)們可(ke)以(yi)看(kan)到(dao)，獲獎者(zhe)在(zai)(zai)糾(jiu)纏(chan)態方面的(de)工作非常重(zhong)要，甚至超出了(le)關于(yu)量子(zi)力學解釋(shi)的(de)基本問題。”

過去幾年獲獎名(ming)單

2021年

 

因對我們(men)理解復雜物理系統做出(chu)了開創性貢獻，日(ri)裔美籍科(ke)學家真(zhen)鍋淑郎（Syukuro Manabe）和德國科(ke)學家克勞斯(si)·哈塞(sai)爾曼Klaus Hasselmann），與意大利科(ke)學家喬(qiao)治·帕里西(xi)（ Giorgio Parisi），分享了2021年諾貝爾物理學獎。

2020年

 

英國(guo)科(ke)學(xue)家羅(luo)杰·彭羅(luo)斯（Roger Penrose）因證明黑洞是愛因斯坦廣義相對論的直接(jie)結果，德(de)國(guo)科(ke)學(xue)家賴因哈德(de)·根策爾（Reinhard Genzel）和美國(guo)科(ke)學(xue)家安德(de)烈婭·蓋茲（Andrea Ghez）因在銀(yin)河系中央發現(xian)超(chao)大質量(liang)天體，他們(men)分享(xiang)了(le)2020年諾貝爾物理(li)學(xue)獎。

2019年

 

因在我們理解宇宙演化(hua)和地(di)球在宇宙中位置的貢獻，美國(guo)科學(xue)家詹姆斯(si)·皮布爾(er)(er)斯(si)，和來自(zi)瑞士的科學(xue)家米歇爾(er)(er)·馬約爾(er)(er)和迪(di)迪(di)埃·奎洛茲，被授予2019年諾貝(bei)爾(er)(er)物(wu)理學(xue)獎。

2018年

 

因在激光物理(li)學(xue)(xue)領域的突破性(xing)發(fa)明(ming)，發(fa)明(ming)光鑷的美國貝爾(er)實驗室科學(xue)(xue)家(jia)阿(a)瑟·阿(a)什金（Arthur Ashkin），與發(fa)明(ming)啁啾(jiu)脈沖放大(da)技(ji)術（CPA）的法國巴黎綜(zong)合理(li)工學(xue)(xue)院科學(xue)(xue)家(jia)熱拉(la)爾(er)·穆魯（Gérard Mourou）和加拿大(da)滑鐵盧大(da)學(xue)(xue)科學(xue)(xue)家(jia)唐(tang)娜·斯特(te)里克蘭（Donna Strickland），被授予2018年諾貝爾(er)物理(li)學(xue)(xue)獎。

2017年(nian)

 

因對LIGO探測器（激光干涉引(yin)力(li)波天文(wen)臺）和(he)引(yin)力(li)波探測的決定性貢(gong)獻，美(mei)國科學家雷納·韋斯、巴里·巴里什和(he)基普·索恩被授予2017年(nian)諾貝爾物理學獎。

2016年

 

因在拓撲(pu)相變和物質拓撲(pu)相方面的理論發現，均出(chu)生(sheng)在英國、任職(zhi)于美國三所不同(tong)大學的科學家大衛·索利(li)斯、鄧肯·霍爾丹(dan)、邁克爾·科斯特利(li)茨(ci)被授予2016年諾(nuo)貝爾物理學獎(jiang)。

在(zai)諾(nuo)(nuo)貝(bei)爾寫(xie)于1895年(nian)、要求(qiu)設(she)立五大領(ling)域(yu)獎項的遺囑中，物理學(xue)是他最(zui)先提到(dao)的領(ling)域(yu)。諾(nuo)(nuo)貝(bei)爾要求(qiu)物理學(xue)獎被授予(yu)“在(zai)物理學(xue)領(ling)域(yu)作出最(zui)重要發現或發明的人”。

百(bai)余(yu)年中， 物理學獎也是華人拿獎最多的獎項，共6位華人科學家獲此殊榮 ，包括李政道、楊(yang)振寧、丁(ding)肇(zhao)中、朱棣文、崔(cui)琦(qi)和高琨(kun)。

據海報新(xin)聞報道，截至目(mu)前(qian)，諾貝爾物理學獎已頒發過115次，其中47次授予單一獲獎者，32次由兩位獲獎者分享，36次由三位獲獎者分享。

從1901年到(dao)2021年，諾貝爾物理(li)學(xue)獎(jiang)共(gong)次授予219位諾貝爾獎(jiang)獲得(de)者。約翰(han)·巴(ba)丁是唯一曾在(zai)1956年和1972 年兩次獲得(de)諾貝爾物理(li)學(xue)獎(jiang)的(de)獲獎(jiang)者。這意味著共有218人曾獲得諾貝爾物理學獎。

在第(di)一次(ci)世界大(da)戰（1914-1918）和第(di)二(er)次(ci)世界大(da)戰（1939-1945）期間，在1916年(nian)、1931年(nian)、1934年(nian)、1940年(nian)、1941年(nian)、1942年(nian)等六年(nian)里，沒(mei)有(you)頒發諾(nuo)貝(bei)爾物理學獎。

據了解(jie)，諾(nuo)貝爾物(wu)(wu)理(li)學獎主要集中四個領域：粒子物(wu)(wu)理(li)、天體(ti)物(wu)(wu)理(li)、凝聚態物(wu)(wu)理(li)、原子分子及光物(wu)(wu)理(li)。

從2015年到2020年的(de)6年中，天(tian)(tian)體(ti)物(wu)理領域的(de)研究成果已經4次獲得諾貝爾物(wu)理學獎：除(chu)了2019年的(de)宇宙學理論(lun)和系外行星外，還(huan)有2015年的(de)中微子振蕩（屬于天(tian)(tian)體(ti)物(wu)理或粒子物(wu)理）以及2017年引(yin)力波的(de)發(fa)現；而2020年的(de)發(fa)現黑(hei)洞，也屬于天(tian)(tian)體(ti)物(wu)理領域。

編輯|段(duan)煉(lian) 易(yi)啟江

校對|陳柯(ke)名

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