2022诺贝尔物理学奖花落“量子力学”领域:三名科学家证明量子纠缠客观存在

北京时间10月4日,瑞典皇家科学院宣布,将2022年诺贝尔物理学奖授予法国物理学家阿兰·阿斯佩(Alain Aspect)、美国物理学家约翰·克劳泽(John F. Clauser)和奥地利物理学家安东·塞林格(Anton Zeilinger),表彰他们通过光子纠缠实验,确定贝尔不等式在量子世界中不成立,以及在量子信息科学中的开创性贡献。

2022诺贝尔物理学奖花落“量子力学”领域:三名科学家证明量子纠缠客观存在

“量子信息科学是一个充满活力且发展迅速的领域,”诺贝尔委员会成员 伊娃·奥尔森(Eva Olsson)说,“它在信息的安全传输、量子计算和传感技术等领域具有广泛而有潜力的影响。”

据诺贝尔奖官方网站,三名科学家分别利用纠缠的量子态进行了突破性的实验。在纠缠的量子态中,即使两个粒子被分开,也表现得像是一个独立的单元。他们的成果为基于量子信息的新技术扫清了道路。

基于他们的研究,量子力学不可言喻的效应开始找到实际应用的方式,并且逐渐形成一个很大的研究领域,包括量子计算机、量子网络和量子加密通信在内。

2022诺贝尔物理学奖花落“量子力学”领域:三名科学家证明量子纠缠客观存在

获奖者的研究建立在物理学家约翰·斯图尔特·贝尔(John Stewart Bell)的工作之上,他致力于解决当粒子相距甚远、无法正常通信时,是否仍然可以协同工作的问题。20世纪60年代,贝尔提出了以他的名字命名的数学不等式。

这一不等式表明,如果存在隐藏变量,那么大量测量结果之间的相关性将永远不会超过某个值。然而,量子力学预测,某种类型的实验将违反贝尔不等式,从而产生比其他情况下更强的相关性。

美国物理学家约翰·克劳泽发展了贝尔的想法。克劳泽开展了一个实际的实验,实验的测量结果显然违反了贝尔不等式,从而支持量子力学。这意味着量子力学不能被一个使用隐藏变量的理论(贝尔不等式)所取代。

但克劳泽的实验仍然存在一些漏洞。阿兰·阿斯佩发展了这个设置,并利用这一设置弥补了一个重要的漏洞,使其能够在纠缠对离开其源头后切换测量设置,从而使得发射时的设置不会影响最终结果。

通过精密的工具和系列实验,安东·塞林格开始使用纠缠的量子态,他的小组还证明了一种被称为“量子传送”的现象。

诺贝尔物理学委员会主席安德斯·艾贝克(Anders Irbäck)说:“越来越明显地,一种新的量子技术正在出现。我们可以看到,获奖者对纠缠态的研究非常重要,(其重要性)甚至超越了解释量子力学的基本问题。”

十多年来,克劳泽、阿斯佩和塞林格一直在诺贝尔物理学奖的预测中占据着热门位置。2010 年,他们获得了以色列的沃尔夫奖,沃尔夫奖被视为诺贝尔奖的“风向标”。

虽然物理学家经常解决乍一看似乎与日常问题相去甚远的问题——微小的粒子和巨大的空间和时间之谜——但他们的研究为许多实际应用的发展奠定了基础。

奥地利物理学家、获奖者之一的塞林格将该奖项描述为“对年轻人的鼓励”。他说:“如果没有100多位多年来与我一起工作,并使这一切成为可能的年轻人,我不可能获得这个奖项。”尽管他承认该奖项是对这一领域未来应用的认可,但他说,“我的建议是,研究你认为有趣的事情,不要太在意可能的应用。”

获奖者介绍:

阿兰·阿斯佩,1947年出生于法国阿根。1983年从法国奥赛巴黎-南德大学获得博士学位。目前为法国巴黎萨克莱大学和帕莱索理工学院教授。

2022诺贝尔物理学奖花落“量子力学”领域:三名科学家证明量子纠缠客观存在

阿兰·阿斯佩

约翰·克劳泽,1942年出生于美国加州帕萨迪纳。1969年从美国纽约哥伦比亚大学获得博士学位。

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约翰·克劳泽

安东·塞林格,1945年出生于奥地利里德伊姆·因克瑞斯。1971年从奥地利维也纳大学获得博士学位。目前为维也纳大学教授。

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(编辑:阿千)

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