授予量子纠缠研究天目新闻对话专家解读诺奖物理学奖

　　获奖者肖像
　　来吧，今天让我们一起懂点量子力学。
　　北京时间10月4日17时45分，2022年诺贝尔物理学奖揭晓，三位研究量子纠缠的科学奖获奖。
　　法国科学家阿兰阿斯佩（AlainAspect），美国科学家约翰克劳泽（JohnF。Clauser）以及奥地利科学家安东塞林格（AntonZeilinger）利用纠缠光子进行实验，证明了贝尔不等式不成立，并以此开创量子信息科学。
　　量子纠缠很神秘，爱因斯坦曾将这种现象称之为鬼魅般的超距作用。量子纠缠也很简单，通俗地说，就是两个纠缠的量子，无论被分隔到多么遥远，都可以保持联系，并瞬时共享它们的物理状态。
　　关于量子纠缠的研究有何意义？天目新闻记者采访了之江实验室量子传感研究中心研究专家董莹。
　　量子纠缠示意图
　　鬼魅般的超距作用
　　量子的概念，与分子、原子等粒子不同，它是最小的、不可再分割的基本单元。比如，光的量子就是光的最小能量单元，简称光子。
　　在量子的世界，当两个量子发生纠缠，无论相隔多远，如果一个量子的状态发生变化，另一个也会瞬时发生相应变化。
　　早在上世纪30年代，爱因斯坦也注意到了这种现象，他认为这种行为违背了定域实在论，称量子纠缠为鬼魅般的超距作用。
　　按照经典物理规律，信号的传播速度不能超过光速。董莹表示，但在量子物理领域，当两个量子发生纠缠时，这种瞬时速度甚至超过了光速，会同步发生。
　　物理学家们怀疑，按照经典物理论，是某种隐藏的因素导致了这样的结果，因此假设存在隐变量。但到底隐变量是什么，不得而知。
　　直到20世纪60年代，物理学家约翰贝尔（JohnStewartBell）提出了以他的名字命名的数学不等式，可以应用于任何由两个相互纠缠的粒子所组成的量子系统，通过实验结果去验证。
　　在经典力学中，即使存在隐变量，这个不等式也严格成立；而在量子力学中，这个不等式则有可能不成立。董莹说。
　　量子纠缠示意图
　　三位科学家做了什么？
　　今年获奖的三位科学家中，用一句话概括，就是用纠缠光子验证了量子不遵循贝尔不等式，开创了量子信息学。
　　上世纪70年代，约翰克劳泽进行了一个实际的实验，来检验贝尔不等式。他向相反的方向发送一对纠缠粒子，并进行测量。实验的结果违反了贝尔不等式，并与量子力学的预测一致。这意味隐变量的理论无法取代量子力学。
　　不过这个实验存在一些漏洞，在制备和捕获粒子方面效率低下，测量也是预设的。
　　在这样的背景下，1982年，阿兰阿斯佩对实验装置进行了改进，可以检测到更多的光子。相关的测量结果也更加明确了，量子力学是正确的，不存在隐变量。
　　对量子态及其所有属性的测量和操纵，具有巨大的应用潜力。在对量子纠缠等特性的应用层面，安东塞林格和他的同事们是第一个吃螃蟹的人，发现纠缠的量子态具有存储、传输和处理信息的潜力。
　　董莹说，通过精密的工具和一系列的实验，研究小组展示了一种被称为量子隐形传态的现象即利用了量子纠缠特性，在一定距离上，可以使得量子态从一个粒子移动到另一个粒子上。
　　量子纠缠示意图
　　进入新的量子信息时代
　　值得一提的是，三位获奖科学家之一，安东塞林格是中国科学院外籍院士，也是中国物理学家、中国科学院院士潘建伟在奥地利学习时的老师。
　　1997年，安东塞林格和同事首次完成了量子隐形传态的原理性实验验证，成为量子信息实验领域的开山之作。潘建伟也是这一个实验的重要参与者之一。
　　沿着量子纠缠的基础理论研究，能带来哪些应用的空间？
　　2018年，潘建伟团队对外公布，利用世界首颗量子通信实验卫星墨子号，实现了相距7600公里的中国和奥地利完成量子保密通信。这一探索正是与导师安东塞林格教授合作完成。
　　在量子纠缠现象中，如果赋予量子态中的信息以含义，将有广阔的应用空间。
　　不仅可以用于特殊信息的传递，还能用于量子计算。同时，董莹还以电子为例，分享了个略带科幻感应用，如果想把地球上的电子搬到火星，一种方法是把实体运输过去，还有一种方法是利用量子纠缠，把地球上电子的信息状态传给火星上的另一个电子，也就相当于把实物传递了过去了。
　　董莹还表示，自己所在的之江实验室也在做量子精密测量方面的研究，利用量子纠缠原理，可以让测量灵敏度实现质的提升。
　　众所周知，用100台测量仪器做实验可以减小误差。但如果可以让100台仪器实现纠缠，再去做实验，则可以进一步将测量灵敏度再提升10倍，所以纠缠还是实现精密测量的有利工具。董莹说。
　　如今，在这些用来操纵纠缠粒子系统的新技术的帮助下，我们正在进入一个新的量子信息时代。