北京時間10月4日下午5點(diǎn)49分許，瑞典皇家科學(xué)院決定將2022年的諾貝爾物理學(xué)獎授予法國科學(xué)家Alain Aspect、美國科學(xué)家John F.Clauser和奧地利科學(xué)家Anton Zeilinger ，以表彰他們“用糾纏光子進(jìn)行的實驗，建立了貝爾不等式的違反，并開創(chuàng)了量子信息科學(xué)”。
2022年的諾貝爾獎單項獎金為1000萬瑞典克朗（約合人民幣642.8萬元）。
“一種新的量子技術(shù)正在出現(xiàn)”
據(jù)諾貝爾官網(wǎng)介紹，阿蘭·阿斯佩1947年出生于法國，約翰·弗朗西斯·克勞澤1942年出生于美國，安東·塞林格1945年出生于奧地利。
這三位科學(xué)家使用糾纏量子態(tài)進(jìn)行了開創(chuàng)性的實驗，在糾纏量子態(tài)中，即使兩個粒子分離，它們也表現(xiàn)得像一個單獨(dú)的單元。他們的研究結(jié)果為基于量子信息的新技術(shù)掃清了道路。
瑞典皇家科學(xué)院表示，他們的工作為量子技術(shù)的新時代奠定了基礎(chǔ)。
“越來越明顯的是，一種新的量子技術(shù)正在出現(xiàn)。我們可以看到，獲獎?wù)邔m纏態(tài)的研究非常重要，甚至超越了解釋量子力學(xué)的基本問題，”諾貝爾物理學(xué)獎委員會主席安德斯·伊爾貝克說。
此外，今年的諾貝爾物理學(xué)獎的獎金為1000萬瑞典克朗，由獲獎?wù)咂椒帧?/p>
今年的物理學(xué)獎頒向量子糾纏的三位科學(xué)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(jìn)行實驗，證明了貝爾不等式不成立，并以此開創(chuàng)量子信息科學(xué)。
換言之，他們成功證明了愛因斯坦是錯的。
他們?nèi)藢⒐蚕?000萬瑞典克朗的獎金。值得一提的是，其中塞林格還是潘建偉院士的博士導(dǎo)師。
官方評價中提到，他們的實驗為當(dāng)下量子技術(shù)革命奠定了基礎(chǔ)，真正推動量子力學(xué)從理論走向了應(yīng)用。
這其中最關(guān)鍵的貢獻(xiàn)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(zhì)，無法單獨(dú)描述各個粒子的性質(zhì)。
△圖源：? Johan Jarnestad/瑞典皇家科學(xué)院
最早在1935年，就有人發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象，其中就包括愛因斯坦。薛定諤也發(fā)表了幾篇相關(guān)論文，還定下了量子糾纏這一術(shù)語。
但這種行為被愛因斯坦抨擊為違背定域?qū)嵲谡?，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(xué)的標(biāo)準(zhǔn)表述不具完備性。
上世紀(jì)60年代，貝爾提出論文表明，對于愛因斯坦的定域?qū)嵲谡?/strong>本身存在矛盾，相反量子力學(xué)得到的關(guān)聯(lián)結(jié)果要強(qiáng)很多。與此同時，還提出了貝爾不等式，將這種差別定性。
在經(jīng)典力學(xué)中，這個不等式成立，而在量子力學(xué)中這個等式就不成立。它可以應(yīng)用于任何由兩個相互糾纏的粒子所組成的量子系統(tǒng)。最常見的范例是糾纏于自旋或偏振的粒子系統(tǒng)。
從那之后，物理學(xué)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(chuàng)建糾纏的光子對，并使用隨機(jī)數(shù)在測量設(shè)置之間切換。
△圖源：? Johan Jarnestad/瑞典皇家科學(xué)院
不過這個實驗仍存在一定的局限性，比如在產(chǎn)生和捕獲粒子方面效率低下，測量也是預(yù)設(shè)的。其他研究者也質(zhì)疑實驗結(jié)果是否存在一定的漏洞。
但十年之后，也就是1982年，當(dāng)時在讀博士的阿蘭阿斯佩成功彌補(bǔ)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(jié)果也很好，最終得到的實驗結(jié)果符合量子力學(xué)的預(yù)測。
換言之明確證明，量子力學(xué)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(xué)家是證明了量子力學(xué)的理論性，那么安東·塞林格則是真正將量子力學(xué)從理論推向應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)糾纏的量子態(tài)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(fā)現(xiàn)，如果糾纏對中的粒子以相反的方向行進(jìn)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(fā)生糾纏，就會發(fā)生有趣的事情，即進(jìn)入到一個新的共享狀態(tài)，第三個粒子會失去它的身份。
這種將未知量子態(tài)從一個粒子轉(zhuǎn)移到另一個粒子的方式稱為量子隱形傳態(tài)。
其實這三位大佬在獲得諾貝爾物理學(xué)獎之前，就曾一起獲得過沃爾夫物理學(xué)獎（2010年）——被認(rèn)為是諾貝爾物理學(xué)獎之外，物理學(xué)界最重要的獎項之一。
還是按照慣例，盤點(diǎn)一下這三位大佬的過往成績。
Alain Aspect是法國物理學(xué)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(guān)實驗。
目前Aspect是法國科學(xué)院和技術(shù)學(xué)院的成員，也是巴黎綜合理工學(xué)院的教授。
繼2010年獲得沃爾夫物理學(xué)獎之后，2013年獲得尼爾斯·玻爾國際金獎和聯(lián)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(xué)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(fèi)米子和玻色子的漢伯里布朗-特維斯相關(guān)性；
第一個證明了超冷原子系統(tǒng)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(xué)家，1964年，他獲得了加州理工學(xué)院的物理學(xué)學(xué)士學(xué)位，1969年獲得哥倫比亞大學(xué)物理學(xué)博士學(xué)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(xué)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(xué)基礎(chǔ)的貢獻(xiàn)，他的CHSH預(yù)測和弗里德曼-克勞澤實驗被認(rèn)為量子力學(xué)中非常重要的部分，目前已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)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(xué)，就相當(dāng)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(xué)家。目前是維也納大學(xué)物理學(xué)教授，曾任教于因斯布魯克大學(xué)，此外，他還是奧地利科學(xué)院量子光學(xué)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(xué)院外籍院士，同時也是潘建偉院士的博士導(dǎo)師。
塞林格教授積極推動中奧國際學(xué)術(shù)交流與合作。自1983年起，他與中國科學(xué)院以及中國工程院等機(jī)構(gòu)長期保持著溝通和交流，并與多家單位建立密切合作關(guān)系。
其中，利用“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星，他的團(tuán)隊合作參與了中科院主導(dǎo)的洲際量子通信實驗，成果入選美國物理學(xué)會評選的2018年度國際物理學(xué)十大進(jìn)展。
此外，塞林格對人才教育上還頗有興趣。在2009年，他創(chuàng)立了國際學(xué)院 Traunkirchen，致力于支持科學(xué)和技術(shù)方面的天才學(xué)生。
（插句題外話）塞林格還是道格拉斯·亞當(dāng)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/
過去10年諾貝爾物理學(xué)獎得主名單
2021年——美德意三位科學(xué)家因“對人們理解復(fù)雜物理系統(tǒng)的開創(chuàng)性貢獻(xiàn)”而獲獎。美籍日裔科學(xué)家Syukuro Manabe、德國科學(xué)家Klaus Hasselmann的獲獎理由是“物理模擬地球氣候，量化變化和可靠地預(yù)測全球變暖”；意大利科學(xué)家Giorgio Parisi的獲獎理由是“發(fā)現(xiàn)從原子到行星尺度的物理系統(tǒng)的無序和波動的相互作用”。
2020年——英國科學(xué)家Roger Penrose獲獎，獲獎理由是“發(fā)現(xiàn)黑洞形成是廣義相對論的一個有力預(yù)測”；另外兩位獲獎?wù)呤堑聡兔绹茖W(xué)家Reinhard Genzel、Andrea Ghez，獲獎理由是“在銀河系中心發(fā)現(xiàn)了一個超大質(zhì)量的致密天體”。
2019年——美國科學(xué)家James Peebles獲獎，獲獎理由是“在物理宇宙學(xué)的理論發(fā)現(xiàn)”；另外兩位獲獎?wù)呤侨鹗靠茖W(xué)家Michel Mayor和Didier Queloz，獲獎理由是“發(fā)現(xiàn)了一顆圍繞類太陽恒星運(yùn)行的系外行星”。
2018年——美法加三位科學(xué)家Arthur Ashkin、Gerard Mourou和Donna Strickland獲獎，獲獎理由是“在激光物理學(xué)領(lǐng)域所作出的開創(chuàng)性發(fā)明”。
2017年——三位美國科學(xué)家Rainer Weiss、Barry C. Barish和Kip S. Thorne獲獎，獲獎理由是“對LIGO探測器和引力波觀測的決定性貢獻(xiàn)”。
2016年——英美三位科學(xué)家David J. Thouless、F. Duncan M. Haldane、J. Michael Kosterlitz獲獎，獲獎理由是“理論發(fā)現(xiàn)拓?fù)湎嘧兒屯負(fù)湎辔镔|(zhì)”。
2015年——日本科學(xué)家Takaaki Kajita和加拿大科學(xué)家Arthur B. McDonald獲獎，獲獎理由是“發(fā)現(xiàn)了中微子振蕩，表明中微子具有質(zhì)量”。
2014年，諾貝爾物理學(xué)獎得主是日本科學(xué)家赤崎勇、日裔美國科學(xué)家中村修二及日本科學(xué)家天野浩。他們開發(fā)了藍(lán)色發(fā)光二極管(LED)，使節(jié)電的高亮度照明器材成為可能，極大改變了人們的生活。
2013年，諾貝爾物理學(xué)獎被授予比利時理論物理學(xué)者弗朗索瓦恩格勒和英國理論物理學(xué)家彼得希格斯，兩人因預(yù)測被稱為“上帝粒子”的希格斯玻色子的存在而獲獎。
2012年，諾貝爾物理學(xué)獎由法國科學(xué)家塞爾日阿羅什與美國科學(xué)家大衛(wèi)維因蘭德獲得，兩位物理學(xué)家因為在量子光學(xué)領(lǐng)域?qū)馀c物質(zhì)間的密切關(guān)系和相互作用的研究而獲得表彰。
諾貝爾物理學(xué)獎小知識
——截至2021年，諾貝爾物理學(xué)獎共頒發(fā)了115次，沒有頒發(fā)的六年分別是1916、1931、1934、1940、1941和1942年。
——從1901年至2021年，共219人次獲獎，實際獲獎個人為218人，因為美國物理學(xué)家John Bardeen于1956年和1972年兩次獲獎。
——115次頒獎中，47次為單獨(dú)獲獎?wù)撸?2次為2人共享，36次為3人共享。
——最年輕的獲獎?wù)呤怯锢韺W(xué)家Lawrence Bragg，1915年因“用X射線對晶體結(jié)構(gòu)的分析所作的貢獻(xiàn)”與父親一起獲獎，時年25歲。
——最年長的獲獎?wù)呤敲绹锢韺W(xué)家Arthur Ashkin，2018年因“在激光物理學(xué)領(lǐng)域所作出的開創(chuàng)性發(fā)明”獲獎，時年96歲。
——215位諾貝爾物理學(xué)獎得主中，有4位女性。分別是1903年的居里夫人（居里夫人另外還獲得1911年的化學(xué)獎）、1963年的Maria Goeppert-Mayer、2018年的Donna Strickland，以及2020年的Andrea Ghez。
——諾獎史上的“家庭”諾獎。
夫婦：Marie Curie和Pierre Curie夫婦獲得1903年的諾貝爾物理學(xué)獎；
父子：William Bragg和Lawrence Bragg父子獲得1915年的諾貝爾物理學(xué)獎；Niels Bohr獲得1922年諾貝爾物理學(xué)獎，其子Aage N. Bohr獲得1975年諾貝爾物理學(xué)獎；Manne Siegbahn獲得1924年諾貝爾物理學(xué)獎，其子Kai M. Siegbahn獲得1981年諾貝爾物理學(xué)獎；J. J. Thomson獲得1906年諾貝爾物理學(xué)獎，其子George Paget Thomson獲得1937年諾貝爾物理學(xué)獎。
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