證明愛因斯坦錯了！諾貝爾物理學獎今年頒給量子糾纏，潘建偉博士導師加冕

Pine 2022-10-04 20:10:23 來源：量子位

楊凈 Pine 發自 凹非寺

量子位 | 公眾號 QbitAI

剛剛，2022年諾貝爾物理學獎揭曉！

今年的物理學獎頒向量子糾纏的三位科學家，他們分別是阿蘭·阿斯佩Alain Aspect，約翰·克勞澤John F. Clauser以及安東·塞林格Anton Zeilinger，以表彰他們用糾纏光子進行實驗，證明了貝爾不等式不成立，并以此開創量子信息科學。

換言之，他們成功證明了愛因斯坦是錯的。

他們三人將共享1000萬瑞典克朗的獎金。值得一提的是，其中塞林格還是潘建偉院士的博士導師。

證明了愛因斯坦是錯的

官方評價中提到，他們的實驗為當下量子技術革命奠定了基礎，真正推動量子信息從理論走向了應用。

這其中最關鍵的貢獻就是用量子糾纏實驗，證明了貝爾不等式不成立。

量子糾纏，就是在兩個分隔的粒子或者多個粒子，在彼此相互作用時，由于各個粒子所擁有的特性已綜合成為整體性質，無法單獨描述各個粒子的性質。

最早在1935年，就有人發現了這一現象，其中就包括愛因斯坦。薛定諤也發表了幾篇相關論文，還定下了量子糾纏這一術語。

但這種行為被愛因斯坦抨擊為違背定域實在論，并譏諷量子糾纏為“鬼魅般的超距作用”（spooky action at a distance）還曾說：“我相信上帝不擲骰子。他表示，量子力學的標準表述不具完備性。

上世紀60年代，貝爾提出論文表明，對于愛因斯坦的定域實在論本身存在矛盾，相反量子力學得到的關聯結果要強很多。與此同時，還提出了貝爾不等式，將這種差別定性。

在經典力學中，這個不等式成立，而在量子力學中這個等式就不成立。它可以應用于任何由兩個相互糾纏的粒子所組成的量子系統。最常見的范例是糾纏于自旋或偏振的粒子系統。

從那之后，物理學家們做了很多檢試貝爾不等式的實驗。這其中，約翰克勞澤與他的同事在1972年率先完成了這一實驗，他通過將激光照射在特殊晶體上來創建糾纏的光子對，并使用隨機數在測量設置之間切換。

△圖源：? Johan Jarnestad/瑞典皇家科學院

不過這個實驗仍存在一定的局限性，比如在產生和捕獲粒子方面效率低下，測量也是預設的。其他研究者也質疑實驗結果是否存在一定的漏洞。

但十年之后，也就是1982年，當時在讀博士的阿蘭阿斯佩成功彌補了這一局限性，博士論文就是以這一實驗為題目，他檢測到了更多的光子以及測量結果也很好，最終得到的實驗結果符合量子力學的預測。

換言之明確證明，量子力學是正確的，并沒有像愛因斯坦所說有隱藏的變量。

如果說，前兩位科學家是證明了量子力學的理論性，那么安東·塞林格則是真正將量子力學從理論推向應用，發現糾纏的量子態具有存儲、傳輸和處理信息的潛力。

1997年塞林格及其同事首次發現，如果糾纏對中的粒子以相反的方向行進并且其中一個粒子以這樣的方式遇到第三個粒子，它們就會發生糾纏，就會發生有趣的事情，即進入到一個新的共享狀態，第三個粒子會失去它的身份。

這種將未知量子態從一個粒子轉移到另一個粒子的方式稱為量子隱形傳態。

還有一位是潘建偉院士導師

其實這三位大佬在獲得諾貝爾物理學獎之前，就曾一起獲得過沃爾夫物理學獎（2010年）——被認為是諾貝爾物理學獎之外，物理學界最重要的獎項之一。

還是按照慣例，盤點一下這三位大佬的過往成績。

阿蘭·阿斯佩（Alain Aspect）是法國物理學家，因研究“量子糾纏”而聞名。

除了研究貝爾不等式之外，Aspect還研究中性原子的激光冷卻，主要參與玻色-愛因斯坦凝聚相關實驗。

目前Aspect是法國科學院和技術學院的成員，也是巴黎綜合理工學院的教授。

繼2010年獲得沃爾夫物理學獎之后，2013年獲得尼爾斯·玻爾國際金獎和聯合國教科文組織尼爾·玻爾獎，同年還被還被授予量子信息處理和通信的巴爾贊獎。

值得一提的是，在Aspect的過往研究履歷中，有著諸多的第一：

第一個在實驗證明中排除測量站之間的亞光速通信，證明量子力學使可分離隱變量理論無效；
第一個通過實驗證明單光子的波粒二象性；
第一個比較了相同條件下費米子和玻色子的漢伯里布朗-特維斯相關性；
第一個證明了超冷原子系統中的安德森局域化。

約翰·克勞瑟?（John Clauser）是美國理論和實驗物理學家，1964年，他獲得了加州理工學院的物理學學士學位，1969年獲得哥倫比亞大學物理學博士學位。

1969年至1996年，他主要在勞倫斯伯克利國家實驗室、勞倫斯利福摩爾國家實驗室和加州大學伯克利分校工作。

克勞瑟最廣為人知的事項就是對量子力學基礎的貢獻，他的CHSH預測和弗里德曼-克勞澤實驗被認為量子力學中非常重要的部分，目前已經成為標準物理課程（本科）的一部分。

在外界看來，他的理論之于量子力學，就相當于邁克爾遜-莫雷實驗之于狹義相對論。

安東·塞林格?（Anton Zeilinger）是奧地利量子論物理學家。目前是維也納大學物理學教授，曾任教于因斯布魯克大學，此外，他還是奧地利科學院量子光學與量子信息研究所維也納分所主席。

值得一提的是，塞林格還是中國科學院外籍院士，同時也是潘建偉院士的博士導師。

塞林格教授積極推動中奧國際學術交流與合作。自1983年起，他與中國科學院以及中國工程院等機構長期保持著溝通和交流，并與多家單位建立密切合作關系。

其中，利用“墨子號”量子科學實驗衛星，他的團隊合作參與了中科院主導的洲際量子通信實驗，成果入選美國物理學會評選的2018年度國際物理學十大進展。

此外，塞林格對人才教育上還頗有興趣。在2009年，他創立了國際學院 Traunkirchen，致力于支持科學和技術方面的天才學生。

（插句題外話）塞林格還是道格拉斯·亞當斯（ouglas Adams）的《銀河系漫游指南》的粉絲，他甚至把自己的帆船命名為42號。

參考鏈接：
https://www.nobelprize.org/prizes/physics/