

去年,诺贝尔委员会将物理学奖授予了三位气候变化模型研究者,今年,他们再次将该奖项授予了同一领域的三位理论家。今天早些时候,委员会宣布约翰·克劳泽、阿兰·阿斯佩和安东·蔡林格因其在理解量子纠缠方面的独立贡献,成为2022年诺贝尔物理学奖的得主。
量子力学代表了物理学中一个相对新兴的领域,专注于粒子神秘的原子和亚原子特性。大部分研究关注个体条件和反应;然而,一些专家理论认为,两个或更多,例如,光子可以在彼此远离的情况下共享相同的状态。如果是这样,专家就可以分析第一个样本,并推断出第二个、第三个或第四个样本可能是什么样的。
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这种被称为量子纠缠的现象,可能包含有关能量如何在宇宙中流动以及信息如何在孤立的网络上传播的答案。但一些批评者怀疑状态的相似性仅仅是巧合,还是源于其他难以捉摸的物理变量。阿尔伯特·爱因斯坦本人也对这种解释持怀疑态度,他在一封写给同事的信中称之为“幽灵般的超距作用”,并认为这是一个悖论。
这正是克劳泽、阿斯佩和蔡林格发挥作用的地方。他们三人都设计了实验来解决量子纠缠理论(也称为贝尔不等式)的潜在漏洞。克劳泽,一位加州的独立研究物理学家,在1972年借助一名研究生测试了发光钙原子发出的光子的偏振。他的测量结果与之前的物理学公式一致,但他担心他产生粒子的方式仍然留有其他关联的余地。
对此,法国物理学家阿兰·阿斯佩以一种能更好地探测光子及其共享状态的方式重现了该实验。诺贝尔委员会表示,他的结果“堵塞了一个重要的漏洞,并提供了一个非常明确的结果:量子力学是正确的,而且不存在隐藏变量。”
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克劳泽和阿斯佩研究了纯粒子物理学中的纠缠,而蔡林格则将其扩展到了新兴的计算和加密领域。这位维也纳大学的荣休教授向晶体发射激光,产生镜像光子,并对其进行各种测量以比较其特性。他还结合了宇宙射线的数据,以确保来自外太空的信号没有影响粒子。他的工作为技术采纳量子力学奠定了基础,并已应用于晶体管、卫星、光纤,以及IBM计算机。
奥地利科学技术研究所于今晨发表声明,祝贺该组织前副主席蔡林格及其诺贝尔奖获得者同事们取得的进展。“正是阿斯佩、克劳泽和蔡林格的非凡工作,将量子物理学的革命性理论转化为实验,”他们写道。“他们的演示揭示了我们自然界深刻而令人费解的特性。违反所谓的贝尔不等式持续挑战着我们关于现实和因果关系的最深刻的直觉。通过仅仅出于好奇而通过实验探索量子态,发现了一系列新现象:量子隐形传态、多粒子和高阶纠缠,以及量子密码学和量子计算的技术前景。”