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<随心_句子c><随心_句子c><随心_句子c><随心_句子c><随心_句子c>潘(pan)建(jian)偉(wei)導(dao)師(shi)獲(huo)諾(nuo)貝(bei)爾(er)物(wu)理(li)學(xue)獎(jiang)！致(zhi)辭(ci)提(ti)及(ji)4篇(pian)論(lun)文(wen)都(dou)有(you)中(zhong)國(guo)科(ke)学家(jia)參(can)與(yu)

新(xin)智(zhi)元(yuan)報(bao)道(dao)

編(bian)輯(ji)：拉(la)燕(yan) 桃(tao)子(zi)

【新智元导讀(du)】2022年(nian)诺贝尔物理学奖頒(ban)給(gei)了(le)來(lai)自(zi)法(fa)美(mei)奧(ao)的(de)3位(wei)物理学家。他(ta)們(men)通(tong)過(guo)研(yan)究(jiu)證(zheng)明(ming)了愛(ai)因(yin)斯(si)坦(tan)的質(zhi)疑(yi)是(shi)錯(cuo)誤(wu)的，為(wei)量(liang)子信(xin)息(xi)学奠(dian)定(ding)了基(ji)礎(chu)。

遇(yu)事(shi)不(bu)決(jue)，量子力(li)学。

不負(fu)眾(zhong)望(wang)，今(jin)年的诺贝尔物理学奖颁给了量子力学！

昨(zuo)天(tian)下(xia)午(wu)，诺贝尔奖委(wei)員(yuan)會(hui)宣(xuan)布(bu)將(jiang)2022年物理学奖颁给法国物理学家Alain Aspect、美国物理学家John F. Clauser，以(yi)及奥地(di)利(li)物理学家Anton Zeilinger。

表(biao)彰(zhang)他们「通过光(guang)子糾(jiu)纏(chan)實(shi)驗(yan)，確(que)定贝尔不等(deng)式(shi)在(zai)量子世(shi)界(jie)中不成(cheng)立(li)，並(bing)開(kai)創(chuang)了量子信息科学」。

其(qi)实在2010年，這(zhe)三(san)位科学家已(yi)經(jing)获得(de)了沃(wo)尔夫(fu)物理学奖，表彰他们在量子纠缠領(ling)域(yu)的成就(jiu)。

值(zhi)得壹(yi)提的是，其中一位還(hai)是中国「量子力学之(zhi)父(fu)」潘建伟的导师。

是爱因斯坦错了

在了解(jie)以上(shang)三位科学家在量子领域的具(ju)體(ti)貢(gong)獻(xian)前(qian)，我(wo)们需(xu)要(yao)知(zhi)道什(shen)麽(me)是量子纠缠？

是指(zhi)粒(li)子在由(you)兩(liang)個(ge)或(huo)两个以上粒子組(zu)成系(xi)統(tong)中相(xiang)互(hu)影(ying)響(xiang)的現(xian)象(xiang)，即(ji)使(shi)相距(ju)遙(yao)遠(yuan)，一个粒子的行(xing)为也(ye)会影响另(ling)一个的狀(zhuang)態(tai)。

當(dang)其中一顆(ke)被(bei)操(cao)作(zuo)（例(li)如(ru)量子測(ce)量）而(er)状态發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)，另一颗也会即刻(ke)发生相應(ying)的状态变化。

当時(shi)，爱因斯坦一直(zhi)是量子力学的反(fan)對(dui)者(zhe)，并且(qie)将这種(zhong)跨(kua)越(yue)空(kong)間(jian)的、瞬(shun)间影响雙(shuang)方(fang)的量子纠缠稱(cheng)为「鬼(gui)魅(mei)的超(chao)距作用(yong)」（spooky action at a distance)。

他还曾(zeng)說(shuo)，「我相信上帝(di)不擲(zhi)骰(tou)子」。

然(ran)而，剛(gang)刚拿(na)奖的三位物理学家的成功(gong)证明爱因斯坦错了。

1935年，爱因斯坦便(bian)和(he)另外(wai)2个物理学家鮑(bao)裏(li)斯·波(bo)多(duo)尔斯基（Boris Podolsky）和納(na)森(sen)·羅(luo)森（Nathan Rosen）寫(xie)了一篇著(zhu)名(ming)的论文 Can quantum-mechanical deion of physical reality be considered complete？ 。

论文中，他们提出(chu)了一个原(yuan)理质疑了量子力学的完(wan)備(bei)性(xing)：

即任(ren)何(he)空间上相互影响的速(su)度(du)都不能(neng)超过光速，也就是说量子纠缠超距作用違(wei)反了定域性原理。

後(hou)来，人(ren)们将他们的论证称为EPR悖(bei)论，或者爱因斯坦定域实在论。

这里要明确的是，EPR论证并沒(mei)有质疑量子力学的正(zheng)确性，它(ta)质疑的是量子力学的不完备性。

很(hen)快(kuai)，这篇论文在量子力学界掀(xian)起(qi)一陣(zhen)強(qiang)風(feng)巨(ju)浪(lang)。然而，EPR悖论設(she)計(ji)的是一个思(si)想(xiang)实验，在当时是很難(nan)用实際(ji)的实验結(jie)果(guo)去(qu)反駁(bo)。

直到(dao)1964年，贝尔不等式的提出为所(suo)有人進(jin)行隱(yin)变量理论提供(gong)了实验验证方法。換(huan)言(yan)之，只(zhi)要证明了这个不等式在量子世界中不成立，那(na)么爱因斯坦就是错的。

此(ci)后，科学家们做(zuo)了很多实验。

第(di)一个便是1972年由John F. Clauser进行的，然后哈(ha)佛(fo)以及德(de)州(zhou)農(nong)工(gong)大(da)学研究人员也相繼(ji)进行了实验。

实验中，Clauser建造(zao)了一个精(jing)巧(qiao)的儀(yi)器(qi)，通过将激(ji)光照(zhao)射(she)在特(te)殊(shu)晶(jing)体上来创建纠缠的光子对，最(zui)后通过实验证明了一个明顯(xian)违背(bei)贝尔不等式的结果。

但(dan)是这个实验存(cun)在一些(xie)漏(lou)洞(dong)。最基本(ben)的漏洞便是「定域性漏洞」（locality loopholes）。

好(hao)在十(shi)年之后，还在读博(bo)的Alain Aspect帶(dai)领團(tuan)隊(dui)进行的实验在修(xiu)復(fu)漏洞后，彌(mi)補(bu)了这一局(ju)限(xian)性。实验结果同(tong)樣(yang)发现：贝尔不等式在量子世界不成立。

此后，許(xu)多物理学家都重(zhong)复Aspect的实验，并且運(yun)用更(geng)新的手(shou)段(duan)，使实验模(mo)型(xing)越来越靠(kao)近(jin)爱因斯坦当年那个最原始(shi)的EPR设想。

但真(zhen)正将量子纠缠從(cong)理论推(tui)向(xiang)应用最重要的一个人物便是Anton Zeilinger。

除(chu)了通过实验证明贝尔不等式，他还发现了纠缠的量子态具有存儲(chu)、傳(chuan)輸(shu)和處(chu)理信息的潛(qian)力。

1997年，他和小(xiao)组团队首(shou)次(ci)完成了量子隐形(xing)传态的原理性实验验证，成为量子信息实验领域的开山(shan)之作。

量子隐形传态就是将未(wei)知量子态从一个粒子传遞(di)到另一个粒子的方式，而这过程(cheng)不需要传递粒子本身(shen)。

就这样，一代(dai)代科学家们歷(li)经數(shu)十年用实验数據(ju)证明了量子纠缠是存在的。

这也说明了，爱因斯坦的质疑是错误的。

中国「量子力学之父」导师

可(ke)以说，三位科学家是量子信息领域的第一代开创者。

而其中一位，奥地利物理学家Anton Zeilinger不僅(jin)是中国科大潘建伟院(yuan)士(shi)的导师，还是中国科学院外籍(ji)院士。

至(zhi)今，Zeilinger教(jiao)授(shou)已经发表了538篇，共(gong)被引(yin)用76000余(yu)次。他在理论和实验上对量子物理基础檢(jian)验做出了开创性的贡献：

在国际上率(lv)先(xian)开展(zhan)中子、原子、大分(fen)子的量子幹(gan)涉(she)实验；

实现了無(wu)局域性漏洞、无探(tan)测效(xiao)率漏洞的量子力学非(fei)定域性检验；

提出并在实验中制(zhi)备首个多粒子纠缠态（GHZ态），在量子力学基础检验和量子信息中起著(zhe)關(guan)鍵(jian)作用。

而最值得一提的是，潘建伟是Zeilinger带过的一个中国博士生。

科技(ji)日(ri)报对潘建伟采(cai)訪(fang)中，他称，

一方面(mian)，量子科技领域得到了肯(ken)定；另一方面，颁奖委员会在介(jie)紹(shao)获奖者的工作时，提到了很多中国科学家所做的工作。我们覺(jiao)得，为了这个领域的发展，中国科学家也作出了傑(jie)出贡献。

据《知識(shi)分子》对潘建伟的專(zhuan)访。

除了Zeilinger那篇理论文章(zhang)之外，其他有Zeilinger名字(zi)的4篇量子通信实验文章都有自己(ji)的名字，不是第一作者，就是第二(er)作者。

此外，他后續(xu)还提到三篇文章，是中科大「墨(mo)子號(hao)」之后，中国的科学家做出来的一些相关的工作。

也就是说，潘建伟团队一共7項(xiang)工作，在诺奖致辞里提到了前4项。

对於(yu)导师和自己的关系，潘建伟称是师生，又(you)是競(jing)爭(zheng)者，也是合(he)作者。

值得一提的是，Zeilinger还積(ji)極(ji)推動(dong)中奥国际学術(shu)交(jiao)流(liu)与合作，还受(shou)聘(pin)为中国科大、南(nan)京(jing)大学、西(xi)安(an)交通大学的名譽(yu)教授。

中国科学院官(guan)網(wang)介绍，自1983年起，他与中国科学院以及中国工程院等機(ji)構(gou)長(chang)期(qi)保(bao)持(chi)着溝(gou)通和交流，并与多家單(dan)位建立密(mi)切(qie)合作关系。

其中，利用「墨子号」量子科学实验衛(wei)星(xing)，他的团队合作参与了中科院主(zhu)导的洲(zhou)际量子通信实验，成果入(ru)選(xuan)美国物理学会評(ping)选的2018年度国际物理学十大进展。

除了专心(xin)研究，Zeilinger教授也有很感(gan)性的另一面。

他不仅搞(gao)笑(xiao)幽(you)默(mo)，爱拉大提琴(qin)，还特別(bie)喜(xi)歡(huan)爵(jue)士樂(le)和古(gu)典(dian)音(yin)乐。

Zeilinger教授还喜欢研究新奇(qi)的小工具，比(bi)如当他第一次看(kan)到计算(suan)器时，便和一群(qun)人整(zheng)个下午坐(zuo)在一起对此进行研究。

拿奖拿到手軟(ruan)的Aspect

Aspect畢(bi)業(ye)于Cachan高(gao)等师範(fan)学校(xiao)，并在Orsay大学的高等光学学院（后来称为光学研究所研究生院）获得碩(shuo)士学位。

20世紀(ji)80年代初(chu)期，Aspect正写着博士论文。

当时，他搞了个贝尔实验，证明了爱因斯坦、波多尔斯基和罗森对量子力学的假(jia)设性歸(gui)纳。

1983年，他于巴(ba)黎(li)南方大学获得了自己的博士学位。

后来，在他完成贝尔不等式的研究后，阿(e)斯佩(pei)克(ke)特轉(zhuan)向了中性原子的激光冷(leng)卻(que)研究，并主要参与了玻(bo)色(se)-爱因斯坦凝(ning)聚(ju)体的相关实验。

2015年，他当选为英(ying)国皇(huang)家学会外籍会员。他是第一个在实验证明量子力学使可分離(li)的隐变量理论无效的过程中排(pai)除测量站(zhan)之间的潜意(yi)识通信的人，也是第一个在实验上证明单光子的波粒二象性的人。

2005年，他再(zai)次被授予(yu)国家科学研究中心的金(jin)质奖章，同时，他也是該(gai)中心的研究主任。

掛(gua)科两次得诺奖？Clauser值得

而另一位诺奖得主，Clauser的经历則(ze)更为传奇。

他出生在加(jia)利福(fu)尼(ni)亞(ya)州的帕(pa)薩(sa)迪(di)纳，在1964年就获得了加州理工学院的物理学学士学位，之后于1966年获得物理学硕士学位，1969年在哥(ge)倫(lun)比亚大学获得物理学哲(zhe)学博士学位，师从帕特里克·萨德斯。

可好玩(wan)兒(er)的是，如今Clauser拿奖的科目(mu)，他上大学的时候(hou)还挂过两次。

第一次聽(ting)说的时候，小编也是震(zhen)驚(jing)的。

他在哥大上的高等量子力学連(lian)拿两C，抱(bao)憾(han)重修两次。

而且，更好玩的是，不光考(kao)試(shi)挂科，他这人本身信仰(yang)就出现过問(wen)題(ti)。

曾经有一段时间，作为一名现实主義(yi)，他堅(jian)信自己为之奮(fen)鬥(dou)的量子力学一定得是错的。

不然说不通！

于是，他就走(zou)在了推翻(fan)量子力学的大路(lu)上。推着推着，拿了一个诺奖。

哥大毕业以后，从1969年到1996年，他主要在勞(lao)伦斯伯(bo)克利国家实验室(shi)、劳伦斯利弗(fu)莫(mo)尔国家实验室和加利福尼亚大学伯克利分校工作。

1972年，他对CHSH-贝尔定理的預(yu)测进行了首次实验测试。

这也是他第一次在实验中觀(guan)察(cha)到违反贝尔不等式的情(qing)況(kuang)。

在1974年，他首次观察到光的亚泊(bo)松(song)统计（通过违反经典電(dian)磁(ci)場(chang)的考奇·施(shi)瓦(wa)茨(ci)不等式），从而首次证明了光子的明确的粒子状特征(zheng)。

1976年，他对CHSH-贝尔定理的预测进行了世界上第二次实验测试。

可見(jian)，Clauser的研究生涯(ya)都是在和量子力学打(da)交道。

参考資(zi)料(liao)：

https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2022/popular-information/

本文参考来自知识分子，文匯(hui)网、果殼(ke)的內(nei)容(rong)：

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https://physicsworld.com/a/anton-zeilinger-a-quantum-pioneer/

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