瑞典當(dāng)?shù)貢r間2022年10月4日11時45分（北京時間10月4日17時45分）,，諾貝爾獎委員會宣布將2022年物理學(xué)獎頒給法國物理學(xué)家Alain Aspect、美國物理學(xué)家John F,。 Clauser,、奧地利物理學(xué)家Anton Zeilinger以表彰“用糾纏光子驗證了量子不遵循貝爾不等式，開創(chuàng)了量子信息學(xué)”,。
諾獎委員會在其官方介紹中稱,，量子力學(xué)現(xiàn)在已擁有很廣闊的研究領(lǐng)域，包括量子計算機(jī),、量子網(wǎng)絡(luò)和安全的量子加密通信,。
諾貝爾物理學(xué)委員會主席Anders Irb?ck說：“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”,。
北京計算科學(xué)研究中心教授薛鵬提前猜中了今年的獲獎?wù)?，她向“返樸”表示，這三位獲獎?wù)邔嵵撩麣w,。下文是薛教授對今年獲獎工作的科普介紹,。
撰文 | 薛鵬
在2010年，法國的阿蘭·艾斯佩特（Alain Aspect）,、美國的約翰·柯羅瑟（John Clauser）,、和奧地利的安東·吉林哲（Anton Zeilinger）三位物理學(xué)家“因其在量子物理學(xué)基礎(chǔ)上的基本概念和實驗貢獻(xiàn)，特別是一系列日益復(fù)雜的貝爾不等式測試,，而獲得沃爾夫獎（Wolf Prize）”,。
美國物理聯(lián)合會旗下科普網(wǎng)站Inside Science于2019，2020,，2021連續(xù)三年預(yù)測該三位物理學(xué)家獎獲得諾貝爾物理學(xué)獎,。
愛因斯坦認(rèn)為量子糾纏這種超距相互作用是不可思議的，違背了狹義相對論,。與其在普林斯頓的助手Boris Podolsky 和Nathan Rosen提出一個思想實驗,，就是著名的EPR佯謬。描述了A,、B為自旋1/2的粒子,，初始總自旋為零。假設(shè)粒子有兩種可能的自旋,，分別是 |上> 和 |下>，那么,，如果粒子A 的自旋為 |上>,，粒子 B 的自旋便一定是 |下>,，才能保持總體守恒，反之亦然,。這時我們說,，這兩個粒子構(gòu)成了量子糾纏態(tài)。
兩個粒子 A 和 B 朝相反方向飛奔,，它們相距越來越遠(yuǎn),，越來越遠(yuǎn)……。無論相距多遠(yuǎn),，它們應(yīng)該永遠(yuǎn)是 |上>|下> 關(guān)聯(lián)的,。兩邊分別由觀察者 Alice 和 Bob 對兩個粒子進(jìn)行測量。根據(jù)量子力學(xué)的說法,，只要Alice 和Bob 還沒有進(jìn)行測量,，每一個粒子都應(yīng)該處于某種疊加態(tài)，比如說,，|上>,、|下> 各為 50% 概率的疊加態(tài)。然后,，如果 Alice 對 A 進(jìn)行測量,，A 的疊加態(tài)便在一瞬間坍縮了，比如,，坍縮成了 |上>?，F(xiàn)在，問題就來了：既然 Alice 已經(jīng)測量到 A 為 |上>,，因為守恒的緣故,，B 就一定要為 |下>。但是,，此時的 A 和 B 之間已經(jīng)相隔非常遙遠(yuǎn),，比如說幾萬光年吧，按照量子力學(xué)的理論,，B 也應(yīng)該是|上>和|下>各一半的概率,，為什么它能夠做到總是選擇|下>呢？除非A 粒子和B粒子之間有某種方式及時地“互通消息”,？即使假設(shè)它們能夠互相感知,，那也似乎是一種超距瞬時的信號！而這超距作用又是與相對論中光速不可超越相違背,。于是,，這就構(gòu)成了佯謬。
因此他認(rèn)為量子力學(xué)是不完備的,，他希望建立一個更普適的局域?qū)嵲谡摾碚搧韽浹a(bǔ)量子理論的不足,，消除超距作用,。作為愛因斯坦思想的繼承人，玻姆在1952年在引入了 “隱變量”,，在局域?qū)嵲谡摰幕A(chǔ)上形成了一個完全決定性的理論——局域隱變量理論,。下面就是要實驗驗證究竟是量子力學(xué)理論正確且完備還是局域隱變量理論正確且完備。
而貝爾定理的實驗驗證是一個物理實驗,，旨在測試量子力學(xué)理論與局域隱變量理論哪個正確,。1964年，John Bell定義了一個可觀測量,，并基于局域隱變量理論預(yù)言的測量值都不大于2,。而用量子力學(xué)理論，可以得出其最大值可以到2√2,。一旦實驗測量的結(jié)果大于2,，就意味著局域隱變量理論是錯誤的。
貝爾不等式的誕生,，宣告了量子力學(xué)理論的局域性爭議,，從帶哲學(xué)色彩純粹思辨變?yōu)閷嶒灴勺C偽的科學(xué)理論。雖然貝爾作為一個愛因斯坦的追隨者,，其研究隱變量理論的初衷是要證明量子力學(xué)的非局域性有誤,，可后來所有的實驗都表明局域隱變量理論預(yù)言有誤，而量子理論的預(yù)言與實驗一致,。
1972年,，John Clauser和Stuart Freedman在加州大學(xué)柏克萊分校完成第一次貝爾定理實驗，因存在定域性漏洞,，即糾纏的粒子之間距離太小,，不足以說明糾纏的非局域性，結(jié)果不具有說服力,。
1982年,，Alan Aspect等人在巴黎第十一大學(xué)改進(jìn)Clauser和Freedman貝爾定理實驗，實驗結(jié)果違反貝爾定理,。
1998年,，Anton Zeilinger等人在奧地利因斯布魯克大學(xué)完成貝爾定理實驗，徹底排除定域性漏洞,，實驗結(jié)果具有決定性,。
2015年，荷蘭Delft技術(shù)大學(xué)的Ronald Hanson研究組報道了他們在金剛石色心系統(tǒng)中完成的驗證貝爾不等式的實驗,。要避免局域性漏洞,，只需把兩個金剛石色心放置在相距1.3公里的兩個實驗室。利用糾纏光子對和糾纏交換技術(shù),，他們實現(xiàn)了金剛石色心電子之間的糾纏,。兩個色心直接用光通訊所需時間大概4.27微秒,，而完成一次實驗的時間為4.18微秒，比光通信時間少90納秒,，因此解決了局域性漏洞。此外,，色心的測量效率高達(dá)96%,，測量漏洞也被堵上了?？傊?，他們聲稱實現(xiàn)了無漏洞的驗證貝爾不等式的實驗，在96%的置信度（2.1個標(biāo)準(zhǔn)差）上支持量子理論,，從而證偽了局域的隱變量理論,。
2016年，大貝爾實驗（the Big Bell Test）展開,，并召集到世界各地超過10萬名志愿者,。在實驗中，所有志愿者都需要基于個人的自由意志不斷地進(jìn)行選擇形成二進(jìn)制隨機(jī)數(shù),，在過關(guān)游戲中快速隨機(jī)地按下0或者1,，12小時內(nèi)共持續(xù)產(chǎn)生每秒逾1000比特的數(shù)據(jù)流，全部記錄在互聯(lián)網(wǎng)云端,，并被實時和隨機(jī)地發(fā)放給分布在世界各地的相關(guān)研究團(tuán)隊,，用以控制這些研究團(tuán)隊的貝爾不等式檢驗實驗。大貝爾實驗相信人類擁有真正的自由意志,，通過大量參與者的自由意志,，大貝爾實驗在更廣泛的范圍內(nèi)關(guān)閉自由選擇漏洞，強(qiáng)烈否定愛因斯坦的定域性原理,。
更多信息可以來這里獲取==>>電子技術(shù)應(yīng)用-AET<<
