每經(jīng)編輯 段煉 易啟江    

據(jù)諾貝爾獎官網(wǎng)消息，北京時間10月4日下午， 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?yōu)榧m纏光子實驗、證明違反貝爾不等式和開創(chuàng)性的量子信息科學所作出的貢獻 。

 

圖片來源：視覺中國 VCG111403957345

獲獎者開創(chuàng)了量子信息這一學科 獎金約650萬元

據(jù)澎湃新聞，北京時間10月4日下午，在瑞典首都斯德哥爾摩，瑞典皇家科學院宣布，將2022年諾貝爾物理學獎授予法國物理學家阿蘭·阿斯佩（Alain Aspect）、美國理論和實驗物理學家約翰·弗朗西斯·克勞澤（John F. Clauser） 和奧地利物理學家安東·塞林格（Anton Zeilinger），以表彰他們在量子信息科學研究方面作出的貢獻。

 

圖片來源：諾貝爾獎官網(wǎng)

他們通過光子糾纏實驗，確定貝爾不等式在量子世界中不成立， 并開創(chuàng)了量子信息這一學科 。

獲獎者將獲得一份證書、金質(zhì)獎章和獎金。 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(jù)科技日報，今天獲得諾貝爾物理學獎的三位科學家——法國科學家阿蘭·阿斯佩、美國科學家約翰·克勞澤、奧地利科學家安東·塞林格，他們通過開創(chuàng)性的實驗展示了處于糾纏狀態(tài)的粒子的潛力，這三位獲獎者對實驗工具的開發(fā)，也為量子技術的新時代奠定了基礎。

在所謂的“糾纏對”中，一個粒子發(fā)生的事情，會決定另一個粒子發(fā)生的事情（不管相距多遠）。這意味著什么？

 

糾纏示意圖 圖片來源：科技日報

量子力學的基礎不僅僅是一個理論或哲學問題。其與全世界正密集研發(fā)的、以利用單個粒子系統(tǒng)的特殊屬性來構建的量子計算機、改進測量、量子網(wǎng)絡以及量子加密通信，都能息息相關。

以上應用，均需依賴于量子力學如何允許兩個或多個粒子以共享狀態(tài)存在，甚至無論它們相隔千山萬水，均能保持這一狀態(tài)。 這被稱為糾纏 。

自從該理論提出以來，它一直是量子力學中爭論最多的元素之一。

 

圖片來源：科技日報

兩對糾纏粒子從不同的來源發(fā)射。每對粒子中的一個粒子以一種特殊的方式相互糾纏而聚集在一起。然后，其他兩個粒子（圖中的1和4）也被糾纏在一起。通過這種方式，兩個從未接觸過的粒子可以糾纏在一起。

阿爾伯特·愛因斯坦說這是“幽靈般的超距作用”，而埃爾溫·薛定諤說這是量子力學最重要的特征。

今年的獲獎者們，探索了這些糾纏的量子態(tài)，他們的實驗為基于量子信息的新技術掃清了障礙，為目前正在進行的量子技術革命奠定了基礎。

長期以來存在的一個問題是，相關性究竟是不是因為糾纏對中的粒子包含隱藏變量。1960年代，約翰·斯圖爾特·貝爾提出了以他的名字命名的數(shù)學不等式。這說明如果存在隱藏變量，則大量測量結果之間的相關性，永遠不會超過某個值。然而，量子力學預測某種類型的實驗將違反貝爾不等式，從而導致比其他方式產(chǎn)生了更強的相關性。

 

圖片來源：科技日報

量子力學的糾纏對可與反方向拋出相反顏色球的機器相提并論。當鮑勃接住一個球，看到它是黑色的時，他立即知道愛麗絲抓住了一個白色的。在使用隱藏變量的理論中，球總是包含有關顯示什么顏色的隱藏信息。然而，量子力學卻說，這些球是灰色的，直到有人看著它們時，一個隨機變成白色而另一個變成黑色。貝爾不等式關系表明，有實驗可以區(qū)分這些情況。這樣的實驗證明了量子力學的描述是正確的。

約翰·克勞澤發(fā)展了貝爾的想法，并通過一個實際的實驗進行測量，測量結果通過明顯違反貝爾不等式來支持量子力學 。這意味著，量子力學不能被使用隱藏變量的理論所取代。

 

約翰·克勞澤研究示意圖 圖片來源：科技日報

在約翰·克勞澤的實驗之后，一些漏洞仍然存在。 阿蘭·阿斯佩開發(fā)了一種新設置，并以一種彌補重要漏洞的方式使用它 。他能夠在糾纏對離開其源后切換測量設置，因此在它們發(fā)射時既有設置就不會影響結果。

 

阿蘭·阿斯佩研究示意圖 圖片來源：科技日報

使用改良工具和一系列長期實驗， 安東·塞林格的團隊利用糾纏量子態(tài)證明了一種稱為量子隱形傳態(tài)的現(xiàn)象 ，它可以將量子態(tài)從一個粒子移動到遠距離的另一個粒子。

 

安東·塞林格研究示意圖 圖片來源：科技日報

量子力學現(xiàn)已開始得到應用，并產(chǎn)生了很廣闊的研究領域，其包括量子計算機、量子網(wǎng)絡和更為安全的量子加密通信。

從實踐的角度來說，量子糾纏所代表的，其實是一個巨大資源。科學家們對量子糾纏漏洞的不滿，正源于每一階段可應用范圍的不夠。

諾貝爾物理學委員會主席安德斯·伊爾貝克這樣總結道：“越來越清楚的是，一種新型的量子技術正在出現(xiàn)。我們可以看到，獲獎者在糾纏態(tài)方面的工作非常重要，甚至超出了關于量子力學解釋的基本問題。”

過去幾年獲獎名單

2021年

 

因對我們理解復雜物理系統(tǒng)做出了開創(chuàng)性貢獻，日裔美籍科學家真鍋淑郎（Syukuro Manabe）和德國科學家克勞斯·哈塞爾曼Klaus Hasselmann），與意大利科學家喬治·帕里西（ Giorgio Parisi），分享了2021年諾貝爾物理學獎。

2020年

 

英國科學家羅杰·彭羅斯（Roger Penrose）因證明黑洞是愛因斯坦廣義相對論的直接結果，德國科學家賴因哈德·根策爾（Reinhard Genzel）和美國科學家安德烈婭·蓋茲（Andrea Ghez）因在銀河系中央發(fā)現(xiàn)超大質(zhì)量天體，他們分享了2020年諾貝爾物理學獎。

2019年

 

因在我們理解宇宙演化和地球在宇宙中位置的貢獻，美國科學家詹姆斯·皮布爾斯，和來自瑞士的科學家米歇爾·馬約爾和迪迪埃·奎洛茲，被授予2019年諾貝爾物理學獎。

2018年

 

因在激光物理學領域的突破性發(fā)明，發(fā)明光鑷的美國貝爾實驗室科學家阿瑟·阿什金（Arthur Ashkin），與發(fā)明啁啾脈沖放大技術（CPA）的法國巴黎綜合理工學院科學家熱拉爾·穆魯（Gérard Mourou）和加拿大滑鐵盧大學科學家唐娜·斯特里克蘭（Donna Strickland），被授予2018年諾貝爾物理學獎。

2017年

 

因對LIGO探測器（激光干涉引力波天文臺）和引力波探測的決定性貢獻，美國科學家雷納·韋斯、巴里·巴里什和基普·索恩被授予2017年諾貝爾物理學獎。

2016年

 

因在拓撲相變和物質(zhì)拓撲相方面的理論發(fā)現(xiàn)，均出生在英國、任職于美國三所不同大學的科學家大衛(wèi)·索利斯、鄧肯·霍爾丹、邁克爾·科斯特利茨被授予2016年諾貝爾物理學獎。

在諾貝爾寫于1895年、要求設立五大領域獎項的遺囑中，物理學是他最先提到的領域。諾貝爾要求物理學獎被授予“在物理學領域作出最重要發(fā)現(xiàn)或發(fā)明的人”。

百余年中， 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、楊振寧、丁肇中、朱棣文、崔琦和高琨。

據(jù)海報新聞報道，截至目前，諾貝爾物理學獎已頒發(fā)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2021年，諾貝爾物理學獎共次授予219位諾貝爾獎獲得者。約翰·巴丁是唯一曾在1956年和1972 年兩次獲得諾貝爾物理學獎的獲獎者。這意味著共有218人曾獲得諾貝爾物理學獎。

在第一次世界大戰(zhàn)（1914-1918）和第二次世界大戰(zhàn)（1939-1945）期間，在1916年、1931年、1934年、1940年、1941年、1942年等六年里，沒有頒發(fā)諾貝爾物理學獎。

據(jù)了解，諾貝爾物理學獎主要集中四個領域：粒子物理、天體物理、凝聚態(tài)物理、原子分子及光物理。

從2015年到2020年的6年中，天體物理領域的研究成果已經(jīng)4次獲得諾貝爾物理學獎：除了2019年的宇宙學理論和系外行星外，還有2015年的中微子振蕩（屬于天體物理或粒子物理）以及2017年引力波的發(fā)現(xiàn)；而2020年的發(fā)現(xiàn)黑洞，也屬于天體物理領域。

編輯|段煉 易啟江

校對|陳柯名

每日經(jīng)濟新聞綜合自央視新聞、科技日報、海報新聞、澎湃新聞、諾貝爾獎官網(wǎng)、公開資料等