北京时间10月4日17时45分 ， 诺贝尔奖委员会公布了2022年物理学奖获得者：阿兰·阿斯佩、约翰·克劳泽和安东·塞林格 ， 以表彰他们在“纠缠光子实验、确立对贝尔不等式的违反和开创性的量子信息科学”方面的成就 。
2022诺贝尔物理学奖获得者：阿兰·阿斯佩、约翰·克劳泽和安东·塞林格
诺贝尔物理学委员会指出 ， 他们的工作“为量子技术的新时代奠定了基础” 。 委员会成员伊娃·奥尔森说 ， 量子信息科学在安全信息传输和量子计算等领域具有广泛的影响 ， 是一个“充满活力且发展迅速”的领域 。
证明爱因斯坦错误
“他们三位获奖是实至名归 。 ”图灵量子创始人、上海交大集成量子信息技术研究中心主任金贤敏对《中国新闻周刊》说 。 他解释 ， 阿斯佩等三人是量子信息领域公认的开创者和先驱 ， 这些实验结束了爱因斯坦和旧量子论奠基人、丹麦物理学家尼尔斯·玻尔持续近百年的争论 。
【诺贝尔物理学奖授予量子力学：获奖者证明爱因斯坦的错误】20世纪20年代的量子力学革命就是在这场争论中开启 。 量子力学长期以来的核心理论难题是“远距离的幽灵行动”问题 ， 即为何两个或多个粒子以所谓的纠缠态存在 ， 更进一步阐述 ， 纠缠对中的一个粒子发生的事情 ， 就决定了另一个粒子发生的事情——即便它们相距很遥远 。 比如 ， 一个光子的偏振态是“向上”的 ， 另一个光子的偏振态就必然是“向下”的 ， 仿佛“心灵感应” 。 对此 ， 爱因斯坦认为 ， 纠缠对中的粒子包含了隐藏变量 ， 即局部因果关系 ， 因此量子力学形式是不完整的 。 显然 ， 爱因斯坦不相信上帝会掷骰子 ， 玻尔则强烈反对这一结论 。
1935年 ， 爱因斯坦等更进一步提出了著名的EPR佯谬 ， 核心观点是：量子力学没有提供对现实完整描述 。 1964 年 ， 在欧洲核子研究中心工作的英国物理学家约翰·贝尔提出了著名的贝尔不等式 ， 这一不等式的核心在于 ， 如果存在隐藏变量 ， 则大量粒子测量结果间相关性永远不会超过某个值 。 如果能通过实验验证 ， 测量结果违反了贝尔不等式 ， 就意味着量子力学不能用局域隐变量理论来解释 ， 即证明爱因斯坦的认知是错误的 。
后来事实表明 ， 阿斯佩、克劳泽和塞林格都通过实验验证了违反贝尔不等式的情况 ， 因此 ， 三人早在2010年就共同获得了世界物理学界最高成就奖之一的沃尔夫奖 ， 获奖理由是“他们对量子物理学基本概念和实验的贡献 ， 特别是对贝尔不等式一系列日益复杂的测试或使用纠缠量子态对其扩展 。 ”
克劳泽是世界上第一个对贝尔不等式验证的科学家 ， 他今年已经80岁了 。 1972 年 ， 正在加州大学伯克利分校任职的他就与博士生斯图尔特完成了世界上首次对违反贝尔不等式的实验观察 。 在哥大读书期间 ， 克劳泽的量子力学课还曾连续两次获得C 又被迫重修了两次 。
这类早期实验往往存在漏洞 。 1982年 ， 还在读博的阿斯佩改进了克劳泽的实验 ， 第一次真正意义上补上了漏洞 ， 验证了贝尔不等式并不成立 。 阿斯佩1947年出生在法国 ， 先后在法兰西学院和巴黎高等师范学院等任职 ， 后来成为了法国国家科学研究中心的杰出名誉科学家 。
中国科学院院士、中国科学院量子信息重点实验室主任郭光灿对《中国新闻周刊》分析说 ， 贝尔不等式是量子力学发展中一个非常重要的理论 ， 这个理论之所以如此重要 ， 是因为它对“量子力学是否正确”这样的重大问题做出了一个判断 。 而在验证的所有实验中 ， 阿斯佩实验又是其中最重要的一个 ， 因为早期实验漏洞太多 ， 并不令人信服 ， 但阿斯佩实验第一次“用光学的方法真正把道理讲清楚” ， 被学界所公认 。 实验提供了一个非常明确的结果：量子力学是正确的 ， 没有隐藏的变量 ， “幽灵肯定存在” 。
“我1990年代到阿斯佩的实验室参观时遇到了他 ， 他是个做学问很认真的人 ， 他当时自己说 ， 他的实验仍有漏洞 ， 但这并不影响实验的结论 。 ”郭光灿说 。
实验的漏洞被完全“堵上”要等到2015年 ， 这是塞林格的工作 。 在一系列实验中 ， 他使用了距离源足够远、快速可切换的偏振器 ， 还使用大约 600 年前恒星发出的光来进行测试 ， 以尽可能减少“历史性”中的隐藏变量 。 包括塞林格在内的多个团队完成了“无漏洞”的贝尔不等式验证 。
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