以量子計算和量子通信為代表的第二次量子革命、曾被愛(ài)因斯坦質(zhì)疑的量子糾纏、中國在全球率先發(fā)射的量子衛星……這些都是與剛剛揭曉的2022年諾貝爾物理學(xué)獎相關(guān)的熱門(mén)話(huà)題。

　　瑞典皇家科學(xué)院4日宣布，將2022年諾貝爾物理學(xué)獎授予法國科學(xué)家阿蘭·阿斯佩、美國科學(xué)家約翰·克勞澤和奧地利科學(xué)家安東·蔡林格，以表彰他們在“糾纏光子實(shí)驗、驗證違反貝爾不等式和開(kāi)創(chuàng )量子信息科學(xué)”方面所做出的貢獻。

　　量子力學(xué)從上世紀初誕生以來(lái)，催生了晶體管、激光等重大發(fā)明，這被科學(xué)界稱(chēng)為第一次量子革命。近來(lái)，以量子計算和量子通信為代表的第二次量子革命又在興起。瑞典皇家科學(xué)院在諾獎公報中說(shuō)，今年三位獲獎?wù)咴诹孔蛹m纏實(shí)驗方面的貢獻，“為當前量子技術(shù)領(lǐng)域正發(fā)生的革命奠定了基礎”。

　　量子糾纏長(cháng)期是量子力學(xué)中最具爭議的問(wèn)題之一。量子糾纏是一種奇怪的量子力學(xué)現象，處于糾纏態(tài)的兩個(gè)量子不論相距多遠都存在一種關(guān)聯(lián)，其中一個(gè)量子狀態(tài)發(fā)生改變，另一個(gè)的狀態(tài)會(huì )瞬時(shí)發(fā)生相應改變。

　　在很長(cháng)一段時(shí)間里，以愛(ài)因斯坦為代表的部分物理學(xué)家對量子糾纏持懷疑態(tài)度，愛(ài)因斯坦稱(chēng)其為“鬼魅般的超距作用”。他們認為量子理論是“不完備”的，糾纏的粒子之間存在著(zhù)某種人類(lèi)還沒(méi)觀(guān)察到的相互作用或信息傳遞，也就是“隱變量”。

　　20世紀60年代，物理學(xué)家約翰·貝爾提出可用來(lái)驗證量子力學(xué)的“貝爾不等式”。如果貝爾不等式始終成立，那么量子力學(xué)可能被其他理論替代。

　　為了對貝爾不等式進(jìn)行驗證，美國科學(xué)家約翰·克勞澤設計了相關(guān)實(shí)驗，其中使用特殊的光照射鈣原子，由此發(fā)射糾纏的光子，再使用濾光片來(lái)測量光子的偏振狀態(tài)。經(jīng)過(guò)一系列測量，克勞澤能夠證明實(shí)驗結果違反了貝爾不等式，且與量子力學(xué)預測相符。

　　但這個(gè)實(shí)驗具有局限性，原因包括實(shí)驗裝置在產(chǎn)生和捕獲粒子方面效率較低、濾光片處于固定角度等。在此基礎上，法國科學(xué)家阿蘭·阿斯佩設計了新版本的實(shí)驗，測量效果更好。阿斯佩填補了克勞澤實(shí)驗的重要漏洞，并提供了一個(gè)非常明確的結果：量子力學(xué)是正確的，且沒(méi)有“隱變量”。

　　奧地利科學(xué)家安東·蔡林格后來(lái)對貝爾不等式進(jìn)行了更多的實(shí)驗驗證。其中一項實(shí)驗使用了來(lái)自遙遠星系的信號來(lái)控制濾波器，確保信號不會(huì )相互影響，進(jìn)一步證實(shí)了量子力學(xué)的正確性。蔡林格和同事還利用量子糾纏展示了一種稱(chēng)為量子隱形傳態(tài)的現象，即將量子態(tài)從一個(gè)粒子轉移到另一個(gè)粒子。其團隊還在量子通信等方面有諸多研究進(jìn)展。

　　其中一項重要成果就是，2017年中國與奧地利科學(xué)家借助中國的“墨子號”量子衛星，成功實(shí)施世界首次量子保密的洲際視頻通話(huà)。這也是為什么諾貝爾物理學(xué)獎評委托爾斯·漢斯·漢森在現場(chǎng)解讀獲獎成果時(shí)，展示了一張含有中國量子衛星的圖片，其上顯示了中國和歐洲之間的洲際量子通信實(shí)驗。

　　諾獎官方公報說(shuō)，世界各地的研究人員已經(jīng)發(fā)現了許多利用量子力學(xué)強大特性的新方法，而這些都得益于今年三位獲獎?wù)叩呢暙I。他們掃除了貝爾不等式等“攔路虎”，這也是為什么公報稱(chēng)贊“他們的結果為基于量子信息的新技術(shù)掃清了道路”。（記者 馮玉婧）

（來(lái)源：新華網(wǎng)）