10月4日，法国科学家阿兰·阿斯佩 (Alain Aspect)、美国科学家约翰·克劳泽(John Clauser)、奥地利科学家安东·塞林格(Anton Zeilinger)荣获2022年诺贝尔物理学奖，以表彰他们为纠缠光子实验、证明违反贝尔不等式和开创性的量子信息科学所作出的贡献。他们通过精巧的实验设计，证明量子力学违反了贝尔不等式，也说明爱因斯坦对量子纠缠提出的观点是错误的。
量子力学的效应，开始在量子计算机、量子网络和安全的量子加密通信等研究领域得到应用，其中的关键因素，是量子力学如何允许两个或两个以上的粒子以“纠缠态”存在。这是量子力学领域一个非常独特的现象，相互纠缠的粒子不论在空间上相隔多远，都仍然像一个整体，在没有发生任何经典信息传递的情况下，一个粒子的变化仍决定着另一个粒子的状态。
在量子力学建立初期，著名科学家爱因斯坦和玻尔对这一理论的认识存在较大分歧。知乎答主、化学工程博士“贾明子”举例解释道，如果将一双手套分别放在两个盒子里并放置在两个不同地点，当我们看到一只手套为左手时，我们会立刻知道另一只为右手。爱因斯坦认为，不论是否打开盒子观察，里面装着的手套本身是左手还是右手是确定的，只是观察者在打开前并不清楚；而玻尔则认为，盒子打开前，里面的两只手套都处于左手加右手的“叠加态”，直到我们观察时它们才变成某一种确定的状态。
理论上的争论持续了很多年，直到20世纪60年代，约翰·贝尔提出了“贝尔不等式”。如果该式成立，则支持了爱因斯坦的理论，反之，则说明爱因斯坦错了。
本次的三位获奖者，均通过精巧的实验证明量子力学违反了贝尔不等式。约翰·克劳泽延续约翰·贝尔的想法开展实验，他在测量时发现结果违反了贝尔不等式，这意味着使用隐变量的理论不能取代量子力学。但克劳泽的实验仍存在漏洞，阿兰·阿斯佩改进了实验装置，让纠缠对在离开发生源后切换测量设置，使得发射时的设置不会影响实验结果。随后，通过精致的工具和一系列实验，安东·塞林格开始使用纠缠量子态，他的研究小组还展示了量子隐形传态现象，让在一定距离上将量子态从一个粒子移动到另一个粒子成为可能。
三位科学家的科研成果有着明显的递进关系，为何本次奖项同时颁给了他们三人？“贾明子”说，这些实验都非常精细、非常复杂，直到现在我们也无法肯定它们是100%正确的。但每一次实验都包含着很多创新的科学方法。量子纠缠本身很容易被破坏，从实验手段上保证量子纠缠不被破坏，是一件非常具有挑战的事情。这三人的工作，前后使用了很多革命性的技术手段，这些手段一起为量子信息的研究打下了坚实的基础，包括现在方兴未艾的量子通讯和量子计算等技术。
如果说在应用层面上，这些关于量子纠缠的研究奠定了量子信息学科的基础，那么在理论层面上，它们则加深了对量子理论基础的深层次理解，打开了多世界理论、退相干理论等新兴理论的研究空间。
来源 北京日报客户端记者 刘苏雅
编辑 王海萍
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