2022年諾貝爾物理學獎獲得者：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克·勞瑟（John F. Clauser） 和奧地利物理學家安東·塞林格（Anton Zeilinger）
今年諾貝爾物理學獎正式揭曉。
瑞典斯德哥爾摩當地時間2022年10月4日中午11時45分（北京時間17時45分），瑞典皇家科學院宣布，2022年諾貝爾物理學獎授予三位量子信息領域的科學家：法國物理學家阿蘭·阿斯佩（Alain Aspect）教授、美國理論和實驗物理學家約翰克·勞瑟（John F. Clauser） 教授、和奧地利物理學家塞林格（Anton Zeilinger）教授，以表彰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“量子信息科學”這一領域。
“接到這個電話，實際上我非常驚訝，”三位獲獎者之一的塞林格教授在新聞發(fā)布會上對媒體表示，“這個獎項是對年輕人的鼓勵——如果多年來，沒有100多名與我一起工作的年輕人，這個獎項是不可能實現的。”
他們三人將共享1000萬瑞典克朗（約合人民幣642.8萬元）獎金。
值得一提的是，塞林格教授還是中國科學院院士、中國科學技術大學常務副校長潘建偉院士的導師。1996年，潘建偉赴奧地利留學，獲維也納大學博士學位，當時塞林格任維也納大學物理學教授。2008年全職回國后，基于潘建偉和塞林格教授團隊共同推動，最終促成了中科大團隊和奧地利科學院基于“墨子號”衛(wèi)星的洲際量子通信合作研究。
“這是一個遲來的榮譽?！笨涿軇?chuàng)始人兼CEO張文卓博士對鈦媒體App表示，此次諾獎中，阿斯佩教授的實驗是上世紀80年代做的，至今已經快40年了，這在歷屆諾獎里面算是相當長的時間了。他認為，如果未來諾獎將頒發(fā)給量子通信（量子密鑰分發(fā)）創(chuàng)始人之后，會對量子信息的產業(yè)應用產生巨大影響。
解讀諾獎：量子糾纏到底是什么？
量子信息科學的研究包括量子計算機、量子網絡和安全的量子加密通信。
目前，量子信息科學已經從理論層面，如今開始得到應用，例如專注于通過單個粒子系統(tǒng)的特殊屬性來建造量子計算機、改進測量方法，以及構建量子網絡和安全的量子加密通信等。
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——這就是“量子糾纏”，或說是“量子疊加態(tài)”。
在幾十年前，量子力學卻曾受到包括物理學泰斗級人物愛因斯坦（Albert Einstein）、薛定諤等多位物理學家的公開質疑，其中就包括了“量子糾纏”。愛因斯坦稱，量子糾纏為“幽靈般的超距作用”。他還有一句名言——“上帝不會擲骰子”，也是在否定量子力學中的“測不準原理”，即由于測量的干涉效應，粒子的位置與動量不可同時被測定。
量子糾纏示意圖（來源：Johan Jarnestad/瑞典皇家科學院）
早在1935年，愛因斯坦、博士后羅森、研究員波多爾斯基聯合發(fā)表了論文《物理實在的量子力學描述能否被認為是完備的？》，后人稱之為EPR文章，EPR即是三人的名的首字母。這篇文章的論證又被稱為EPR佯謬或愛因斯坦定域實在論，愛因斯坦認為，一個粒子只在局部擁有其所有特性并決定了任何測量的結局。
隨后，薛定諤也發(fā)表了幾篇相關論文，定義了“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。他表示，量子力學的標準表述不具完備性。
1964年，英國物理學家約翰·貝爾（John Stewart Bell）提出了以他名字命名的數學不等式。他提出，如果存在隱藏變量，大量測量結果之間的相關性將永遠不會超過某個值。然而，量子力學預言，某種類型的實驗將違反貝爾不等式，從而導致比其他方式更強的相關性。
獲獎者之一的約翰克·勞瑟，發(fā)展了約翰·貝爾的想法，并進行了一個實際的量子糾纏實驗：勞瑟使用了鈣原子，在他用特殊的光照射后，鈣原子可以發(fā)射糾纏光子。他在兩側設置了一個濾光片來測量光子的偏振。經過一系列測量，他能夠證明它們違反了貝爾不等式。這意味著，量子力學不能被一個使用隱藏變量的理論所取代。
用貝爾不等式進行實驗
但勞瑟實驗仍然存在一些漏洞（loophole）。隨后，阿斯佩教授進一步完善了這一實驗，他在糾纏粒子離開發(fā)射源后，切換了測量設置，因此粒子發(fā)射時存在的設置不會影響到實驗結果。
通過精密的工具和一系列實驗，塞林格教授開始使用糾纏態(tài)量子。他的研究團隊（潘建偉教授是成員之一）還展示了一種被稱為“量子隱形傳態(tài)”的現象，這使得量子在一定距離內從一個粒子移動到另一個粒子成為可能。
三位物理學家長期對于量子力學的研究工作，最終證明了薛定諤的說法是對的——同時也證明愛因斯坦錯了。
“越來越明顯的是，一種新的量子技術正在出現?！敝Z貝爾物理學委員會主席Anders Irback表示，“我們可以看到，獲獎者在糾纏態(tài)方面的工作具有重要意義，甚至超越了有關量子力學解釋的基本問題?！?/p>
張文卓對鈦媒體App表示，目前物理學已經是一個成熟的學科，主要包括凝聚態(tài)物理，粒子物理，天體物理，原子分子與光物理四種，而這次量子信息屬于第四種，但此次屬于基礎科學領域，距離產業(yè)討論還有一定距離。
“目前真正能應用的之一是量子密鑰分發(fā)，其他人量子信息方向其實離產業(yè)化還比較遙遠。比如，量子計算離真正使用還有十萬八千里，而現在只是邁出了非常小的幾步而已?！睆埼淖勘硎?。
諾獎三位獲獎者中，有一位是潘建偉院士的導師
其實這三位大家，在獲得諾貝爾物理學獎之前，就曾于2010年一起獲得過沃爾夫物理學獎（Wolf Prize）——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。2019—2021年連續(xù)三年，美國物理聯合會旗下科普網站Inside Science就曾預測這三位物理學家將獲得諾貝爾物理學獎。
因此，三位諾獎得主此番獲獎也是眾望所歸。
其中，阿斯佩教授于1947年出生在法國阿讓，1983年獲巴黎第十一大學博士學位，目前是巴黎薩克雷大學和巴黎綜合理工學院教授。
勞瑟教授，1942年出生于美國加利福尼亞州，1969年獲得美國哥倫比亞大學博士學位。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。
塞林格是奧地利量子論物理學家。1945年出生于奧地利 ，1971年獲奧地利維也納大學博士學位，曾任教于因斯布魯克大學，目前是奧地利維也納大學教授。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，塞林格教授還是中國科學院院士、中國科學技術大學常務副校長潘建偉院士的博士導師。
1996年，畢業(yè)于中國科學技術大學近代物理系的潘建偉，赴奧地利留學，獲維也納大學博士學位，畢業(yè)后曾任奧地利維也納大學實驗物理所博士后研究員、高級研究員。2008年，潘建偉全職回國，在他的帶領下，中國先后在遠距離量子通信技術領域不斷創(chuàng)新，被英國《自然》雜志評為2017年度十大科學人物。
當然，有網友還分享了潘建偉和塞林格師生之間的一段小花絮。在1957年諾貝爾物理學獎獲得者楊振寧的斡旋下，促成中科大團隊和奧地利科學院基于“墨子號”衛(wèi)星的洲際量子通信合作研究，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。
潘建偉在10月4日的一場線上直播中表示，他對于本次諾獎感到非常高興和開心。三位早在2010年獲得沃爾夫物理學獎的時候，這個領域還處于實驗室階段，很難從實驗室走出去。如今獲得諾獎，一方面很高興，一方面對他們來說也是一個遲到的榮譽。
“在這個過程中，我們感到非常驕傲。比如今天講的時候，我導師做的前面的一些奠基性實驗，包括量子隱形傳態(tài)、量子糾纏互化等，我自己也是主要貢獻者之一，后面也提到了很多我們中國科學家的工作，推動的整個領域發(fā)展，所以我也感覺非常開心，非常自豪?！彼硎尽?/p>
潘建偉接受媒體采訪時稱，這次主要是肯定我們這個領域的幾位前輩在量子力學被定性方面的研究，和他們間接、直接地推動了量子信息科學的發(fā)展。
115次、218人的諾貝爾物理學獎
此前，諾貝爾物理學獎已頒發(fā)過115次，其中47次為單獨獲獎，32次為2人共享，36次為3人共享。
但第一次世界大戰(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。
從1901年到2021年，共219人次獲獎，實際獲獎個人為218人，因為美國物理學家John Bardeen于1956年和1972年兩次獲獎。
往屆諾貝爾物理學獎得主中，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年的化學獎）、1963年的Maria Goeppert-Mayer、2018年的Donna Strickland，以及2020年的Andrea Ghez。
此外，因為“對理論物理的貢獻，特別是發(fā)現了光電效應的原理”，著名物理學家愛因斯坦榮獲1921年度的諾貝爾物理學獎（1922年頒發(fā)）。
近五年（2016年-2021年）的諾貝爾物理學獎，大部分與天文物理和激光物理有關。其中在2021年，因對理解復雜物理系統(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），三位獲得了2021年諾貝爾物理學獎。
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