2022年的諾貝爾物理學獎剛剛揭曉。法國科學家Alain Aspect、美國科學家John F.Clauser和奧地利科學家Anton Zeilinger，因為在量子光學和原子物理方面的實驗研究工作，尤其是在驗證貝爾不等式方面先驅性的工作獲獎。
諾貝爾獎官網發(fā)布的新聞公報稱，量子力學正開始得到應用。量子計算機、量子網絡和安全的量子加密通信已經成為很大的研究領域。而這一發(fā)展的一個關鍵因素是量子力學如何允許兩個或多個粒子以糾纏態(tài)存在。糾纏粒子對中的一個粒子的狀態(tài)，決定了另一個粒子的狀態(tài)，即使這兩個粒子相距很遠。
Alain Aspect、John Clauser 和 Anton Zeilinger 各自使用“兩個粒子即使在分離時也表現(xiàn)得像一個單元”的糾纏量子態(tài)，進行了開創(chuàng)性實驗。他們的實驗結果為基于量子信息的新技術掃清了障礙。
接著，讓我們再來了解一下今年三位獲獎的科學家：
Alain Aspect，1947年6月出生于法國西南部阿基坦地區(qū)的阿根鎮(zhèn)。他畢業(yè)于法國的一所地區(qū)性大學奧賽大學（Université d’Orsay）。自1969年開始，作為國家服務的一部分，他在非洲的喀麥隆教了三年書。1983年，他獲得奧賽大學博士學位。
攻讀博士學位期間，他完成了一項重要工作。他帶領團隊進行的實驗證實了貝爾定理的正確性，也就是當兩個粒子分開任意大的距離時，“遠距離的幽靈作用”，在現(xiàn)實中似乎已經實現(xiàn)了：兩個粒子的波函數(shù)之間的相關性仍然存在，因為它們曾經是相同波函數(shù)的一部分，而在測量其中一個粒子之前是沒有受到干擾的。
John Clauser，1942年出生于加利福尼亞州帕薩迪納市。1964年，他獲得了加州理工學院物理學學士學位，兩年后獲得物理學碩士學位，并在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、勞倫斯利弗莫爾國家實驗室和加州大學伯克利分校工作。1972 年，他與 Stuart Freedman 合作，對 CHSH-Bell 定理預測進行了第一次實驗測試。這是世界上第一次觀察到量子糾纏，也是第一次對違反貝爾不等式的實驗觀察。
1974 年，他與Michael Horne合作，首次顯示貝爾定理的推廣為所有局部現(xiàn)實的自然理論（又名客觀局部理論）提供了嚴格的約束。這項工作引入了 Clauser-Horne（CH）不等式，作為由局部現(xiàn)實主義設定的第一個完全通用的實驗要求。它還引入了 “CH 無增強假設”，從而將 CH 不等式簡化為 CHSH 不等式，因此相關的實驗測試也約束了局部真實性。
同樣在 1974 年，他首次觀察到光的亞泊松統(tǒng)計（通過違反經典電磁場的柯西-施瓦茨不等式），從而首次證明了光子的明確粒子狀特征。1976 年，他進行了世界上第二次對 CHSH-Bell 定理預測的實驗檢驗。
Anton Zeilinger是維也納大學物理學名譽教授，奧地利科學院量子光學與量子信息研究所高級科學家。他也曾任奧地利物理學會主席，現(xiàn)任奧地利科學院院長。Zeilinger1945年出生于奧地利，1971年在維也納大學獲得博士學位。
他以糾纏方面的實驗和理論工作而聞名，最著名的是多粒子糾纏態(tài)的實現(xiàn)、量子隱形傳態(tài)、量子通信和密碼學、光子量子計算以及從中子到富勒烯的物質波干涉測量，后者研究退相干和量子－經典轉變的細節(jié)。
1997年，他和同事首次完成了量子隱形傳態(tài)的原理性實驗驗證，成為量子信息實驗領域的開山之作。量子隱形傳態(tài)是從一個粒子向另一個粒子遠距離傳遞未知量子態(tài)的方式，這一過程不需要傳遞粒子本身。潘建偉教授也是這一個實驗的重要參與者之一。
量子隱形傳態(tài)妙就妙在：你并不測量要傳輸?shù)某鯌B(tài)，你僅僅只是利用了糾纏。借助量子糾纏，我們可以將未知的量子態(tài)傳輸?shù)竭b遠的地點。
在最初的實驗中，Zeilinger組所實現(xiàn)的傳輸距離很短。后來，他們又完成了跨越多瑙河的量子隱形傳態(tài)實驗，以及非洲加那利群島之間的遠距離糾纏和隱形傳態(tài)實驗。島嶼之間的距離是百公里左右，在很長時間內這都是糾纏分發(fā)的最長紀錄?，F(xiàn)在，這個距離被我們熟知的 “墨子號” 量子衛(wèi)星超過了。
Zeilinger的主要研究興趣是量子力學的基礎實驗，重點是量子糾纏、量子干涉測量和量子信息。他特別關注的是新的糾纏態(tài)及其在量子通信和量子計算中的應用。 他目前的興趣還包括很高維度和復雜性的糾纏軌道角動量態(tài)，實現(xiàn)愛因斯坦、波多爾斯基和羅森提出的動量和位置糾纏態(tài)，實現(xiàn)基于不可區(qū)分性和遠距離量子通信的新型量子成像的想法。
和團隊成員一起，Zeilinger開發(fā)了糾纏光子的源，觀察了三光子和四光子糾纏以及高維量子態(tài)的糾纏。這些方法曾經并且正在被應用于量子通信任務的實現(xiàn)，例如超密集編碼、基于糾纏的量子密碼學、量子隱形傳態(tài)和糾纏交換、糾纏態(tài)的隱形傳態(tài)。
作者：姜澎
編輯：儲舒婷
責任編輯：樊麗萍
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