相關(guān)新聞：

　　2022年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)揭曉！　

　　◎ 科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然

　　今天獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的三位科學(xué)家——法國科學(xué)家阿蘭·阿斯佩、美國科學(xué)家約翰·克勞澤、奧地利科學(xué)家安東·塞林格，他們通過開創(chuàng)性的實(shí)驗(yàn)展示了處于糾纏狀態(tài)的粒子的潛力，這三位獲獎(jiǎng)?wù)邔?duì)實(shí)驗(yàn)工具的開發(fā)，也為量子技術(shù)的新時(shí)代奠定了基礎(chǔ)。

阿蘭·阿斯佩（左）、約翰·克勞澤（中）、安東·塞林格（右）。圖片來源：諾貝爾獎(jiǎng)官網(wǎng)

　　你明白“糾纏”嗎

　　在所謂的“糾纏對(duì)”中，一個(gè)粒子發(fā)生的事情，會(huì)決定另一個(gè)粒子發(fā)生的事情（不管相距多遠(yuǎn)）。這意味著什么？

糾纏示意圖。

　　量子力學(xué)的基礎(chǔ)不僅僅是一個(gè)理論或哲學(xué)問題。其與全世界正密集研發(fā)的、以利用單個(gè)粒子系統(tǒng)的特殊屬性來構(gòu)建的量子計(jì)算機(jī)、改進(jìn)測(cè)量、量子網(wǎng)絡(luò)以及量子加密通信，都能息息相關(guān)。

　　以上應(yīng)用，均需依賴于量子力學(xué)如何允許兩個(gè)或多個(gè)粒子以共享狀態(tài)存在，甚至無論它們相隔千山萬水，均能保持這一狀態(tài)。

　　這被稱為糾纏。

　　自從該理論提出以來，它一直是量子力學(xué)中爭(zhēng)論最多的元素之一。

　　兩對(duì)糾纏粒子從不同的來源發(fā)射。每對(duì)粒子中的一個(gè)粒子以一種特殊的方式相互糾纏而聚集在一起。然后，其他兩個(gè)粒子（圖中的1和4）也被糾纏在一起。通過這種方式，兩個(gè)從未接觸過的粒子可以糾纏在一起。

　　阿爾伯特·愛因斯坦說這是“幽靈般的超距作用”，而埃爾溫·薛定諤說這是量子力學(xué)最重要的特征。

　　今年的獲獎(jiǎng)?wù)邆儯剿髁诉@些糾纏的量子態(tài)，他們的實(shí)驗(yàn)為基于量子信息的新技術(shù)掃清了障礙，為目前正在進(jìn)行的量子技術(shù)革命奠定了基礎(chǔ)。

　　不斷解決漏洞

　　長期以來存在的一個(gè)問題是，相關(guān)性究竟是不是因?yàn)榧m纏對(duì)中的粒子包含隱藏變量。1960年代，約翰·斯圖爾特·貝爾提出了以他的名字命名的數(shù)學(xué)不等式。這說明如果存在隱藏變量，則大量測(cè)量結(jié)果之間的相關(guān)性，永遠(yuǎn)不會(huì)超過某個(gè)值。然而，量子力學(xué)預(yù)測(cè)某種類型的實(shí)驗(yàn)將違反貝爾不等式，從而導(dǎo)致比其他方式產(chǎn)生了更強(qiáng)的相關(guān)性。

　　量子力學(xué)的糾纏對(duì)可與反方向拋出相反顏色球的機(jī)器相提并論。當(dāng)鮑勃接住一個(gè)球，看到它是黑色的時(shí)，他立即知道愛麗絲抓住了一個(gè)白色的。在使用隱藏變量的理論中，球總是包含有關(guān)顯示什么顏色的隱藏信息。然而，量子力學(xué)卻說，這些球是灰色的，直到有人看著它們時(shí)，一個(gè)隨機(jī)變成白色而另一個(gè)變成黑色。貝爾不等式關(guān)系表明，有實(shí)驗(yàn)可以區(qū)分這些情況。這樣的實(shí)驗(yàn)證明了量子力學(xué)的描述是正確的。

　　約翰·克勞澤發(fā)展了貝爾的想法，并通過一個(gè)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果通過明顯違反貝爾不等式來支持量子力學(xué)。這意味著，量子力學(xué)不能被使用隱藏變量的理論所取代。

約翰·克勞澤研究示意圖。

　　在約翰·克勞澤的實(shí)驗(yàn)之后，一些漏洞仍然存在。阿蘭·阿斯佩開發(fā)了一種新設(shè)置，并以一種彌補(bǔ)重要漏洞的方式使用它。他能夠在糾纏對(duì)離開其源后切換測(cè)量設(shè)置，因此在它們發(fā)射時(shí)既有設(shè)置就不會(huì)影響結(jié)果。

阿蘭·阿斯佩研究示意圖。

　　使用改良工具和一系列長期實(shí)驗(yàn)，安東·塞林格的團(tuán)隊(duì)利用糾纏量子態(tài)證明了一種稱為量子隱形傳態(tài)的現(xiàn)象，它可以將量子態(tài)從一個(gè)粒子移動(dòng)到遠(yuǎn)距離的另一個(gè)粒子。

安東·塞林格研究示意圖。

　　“糾纏態(tài)”正從理論走向技術(shù)

　　量子力學(xué)現(xiàn)已開始得到應(yīng)用，并產(chǎn)生了很廣闊的研究領(lǐng)域，其包括量子計(jì)算機(jī)、量子網(wǎng)絡(luò)和更為安全的量子加密通信。

　　從實(shí)踐的角度來說，量子糾纏所代表的，其實(shí)是一個(gè)巨大資源。科學(xué)家們對(duì)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。

　　諾貝爾物理學(xué)委員會(huì)主席安德斯·伊爾貝克這樣總結(jié)道：“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(jiǎng)?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。”