一直以來,，愛因斯坦都不相信量子力學(xué)的理論，他總認為試驗中隱含了某些不為我們所知的變量,。但現(xiàn)如今,，在三位物理學(xué)家的多年努力下，終于確認了量子力學(xué)的確定性,。
當(dāng)?shù)貢r間10月4日,，瑞典皇家科學(xué)院宣布，將2022年諾貝爾物理學(xué)獎授予法國物理學(xué)家阿蘭·阿斯佩（Alain Aspect）,、美國理論和實驗物理學(xué)家約翰·克勞澤（John?Clauser）以及奧地利物理學(xué)家安東·塞林格（Anton?Zeilinger）,，以表彰他們在“糾纏光子實驗、驗證違反貝爾不等式,、開創(chuàng)量子信息科學(xué)”研究方面所作出的貢獻,。
量子糾纏與貝爾不等式
我們都知道，愛因斯坦是20世紀最偉大的物理學(xué)家,。他憑借一己之力提出了相對論,，同時也是量子論早期的締造者之一。由于量子力學(xué)和相對論是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱理論,，因此愛因斯坦的偉大自然不必多說,。
但是，偉大的愛因斯坦也會犯錯,，其中最典型的就是他不接受量子力學(xué),，那句著名的“上帝不擲骰子”就是出自愛因斯坦。
1935年,，愛因斯坦與他的手下共同寫了一篇論文,，以思想實驗的方式對量子力學(xué)的合理性提出了質(zhì)疑（即著名的EPR佯謬）。愛因斯坦從相對論視角出發(fā),，提出了一個局域?qū)嵲谡撚^點：
? 物質(zhì)是獨立于觀測者而客觀存在的（實在論）,；
? 兩粒子間任何的關(guān)聯(lián)都不可以超過光速（局域論）。
當(dāng)時的物理學(xué)界主要分為兩大派：一派是以玻爾為首的哥本哈根學(xué)派,，另一派就是愛因斯坦和薛定諤為首的反對派,。
愛因斯坦認為，一定有一個隱藏在量子力學(xué)背后的物理規(guī)律決定了粒子們的行為,，這個規(guī)律應(yīng)該是符合局域?qū)嵲谡摰?。而量子力學(xué)不符合局域?qū)嵲谡摚允遣煌陚涞摹?/p>
而玻爾則認為,，量子力學(xué)是正確的,，在它背后并沒有那個所謂的“隱變量理論”，量子力學(xué)的概率性本身就是對微觀世界完整的描述，即上帝是擲骰子的,。
于是,，雙方在理論上的爭論持續(xù)了多年，而這個問題也被歸為哲學(xué)問題,。直到1964年,，物理學(xué)家約翰·貝爾（John Bell）提出“貝爾不等式”，才將上述扯不清的哲學(xué)問題變成了實驗物理的問題,，即世界是非定域性的,，不可以用局域變量來確定。
為量子糾纏正名
為了證明量子力學(xué)違反了貝爾不等式,，上世紀70年代,，約翰·克勞澤首先完成了檢驗貝爾不等式的實驗。
但他的實驗存在一些漏洞,，于是阿蘭·阿斯佩又用鈣原子激發(fā)產(chǎn)生的兩個可見光子,，完成了更為精確和幾乎無漏洞的貝爾不等式實驗驗證。
隨后,，通過精致的工具和一系列實驗,，安東·塞林格也完成了更多糾纏粒子的無漏洞貝爾不等式實驗驗證。
▲約翰·克勞澤用一種特殊的光照射鈣原子之后,，可以發(fā)射糾纏光子,。他在兩側(cè)用濾光片測量光子的偏振。經(jīng)過一系列測量,，證明它們違反了貝爾不等式
▲阿蘭·阿斯佩開發(fā)了這個實驗,，通過一種新的激發(fā)原子的方法，使它們以更高的速率發(fā)射糾纏光子,，并且可以在不同的設(shè)置之間切換,，這樣系統(tǒng)就不會包含任何可能影響結(jié)果的預(yù)先信息。
▲安東·塞林格對貝爾不等式進行了更多測試,，他通過將激光照射在特殊晶體上來制備糾纏光子對,，并使用隨機數(shù)切換測量設(shè)置。這項實驗使用來自遙遠星系的信號來控制濾光片,，并確保信號不會相互影響,。
然而，所有實驗結(jié)果均表明,，量子糾纏是真實存在的！
他們通過精巧的實驗設(shè)計,，不僅證明了量子力學(xué)違反了貝爾不等式,，同時也說明了愛因斯坦對“量子糾纏”提出的觀點是錯誤的，更為今天的量子計算、量子通信等科技奠定了基礎(chǔ),。
量子糾纏顛覆傳統(tǒng)世界
所謂“量子糾纏”,，簡單來說它就好比是量子世界中存在一種類似“心靈感應(yīng)”的現(xiàn)象，這一概念來源于愛因斯坦等人在1935年提出的EPR悖論,。這個悖論顯示,，在量子力學(xué)中，兩個曾經(jīng)相互作用過的粒子,，無論相隔多遠,，其量子狀態(tài)仍有能力“糾纏”在一起，共享同一個整體的物理狀態(tài),。
現(xiàn)如今,，量子力學(xué)已經(jīng)開始得到應(yīng)用，并產(chǎn)生了很廣闊的研究領(lǐng)域,，其包括量子計算機,、量子網(wǎng)絡(luò)和更為安全的量子加密通信。如果從應(yīng)用層面上說,，這些關(guān)于量子糾纏的研究奠定了量子信息學(xué)科的基礎(chǔ),，那么在理論層面上，它們則加深了對量子理論基礎(chǔ)的深層次理解,，打開了多世界理論,、退相干理論等新興理論的研究空間。
另外,，從實踐的角度來看,，量子糾纏所代表的其實是一個巨大資源?？茖W(xué)家們對量子糾纏漏洞的不滿,，正源于每一階段可應(yīng)用范圍的不夠。而此次獲得諾貝爾物理學(xué)獎的三位物理學(xué)家長期對量子力學(xué)的研究工作,，最終為量子糾纏正了名,，這一成果對現(xiàn)代科技的意義是不容小覷的。
正如諾貝爾物理學(xué)委員會主席安德斯·伊爾貝克所言：“越來越清楚的是,，一種新型的量子技術(shù)正在出現(xiàn),。我們可以看到，獲獎?wù)咴诩m纏態(tài)方面的工作非常重要,，甚至超出了關(guān)于量子力學(xué)解釋的基本問題,。”
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