2022年的諾貝爾物理學獎剛剛揭曉。法國科學家Alain Aspect、美國科學家John F.Clauser和奧地利科學家Anton Zeilinger，因為在量子光學和原子物理方面的實驗研究工作，尤其是在驗證貝爾不等式方面先驅性的工作獲獎。
Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences 圖片來源：諾獎官網
諾貝爾獎官網發布的新聞公報稱，量子力學正開始得到應用。量子計算機、量子網絡和安全的量子加密通信已經成為很大的研究領域。而這一發展的一個關鍵因素是量子力學如何允許兩個或多個粒子以糾纏態存在。糾纏粒子對中的一個粒子的狀態，決定了另一個粒子的狀態，即使這兩個粒子相距很遠。
Alain Aspect、John Clauser 和 Anton Zeilinger 各自使用“兩個粒子即使在分離時也表現得像一個單元”的糾纏量子態，進行了開創性實驗。他們的實驗結果為基於量子信息的新技術掃清了障礙。
接着，讓我們再來了解一下今年三位獲獎的科學家：
Alain Aspect，1947年6月出生於法國西南部阿基坦地區的阿根鎮。他畢業於法國的一所地區性大學奧賽大學（Université d’Orsay）。自1969年開始，作為國家服務的一部分，他在非洲的喀麥隆教了三年書。1983年，他獲得奧賽大學博士學位。
攻讀博士學位期間，他完成了一項重要工作。他帶領團隊進行的實驗證實了貝爾定理的正確性，也就是當兩個粒子分開任意大的距離時，“遠距離的幽靈作用”，在現實中似乎已經實現了：兩個粒子的波函數之間的相關性仍然存在，因為它們曾經是相同波函數的一部分，而在測量其中一個粒子之前是沒有受到干擾的。
John Clauser，1942年出生於加利福尼亞州帕薩迪納市。1964年，他獲得了加州理工學院物理學學士學位，兩年後獲得物理學碩士學位，並在1969 年獲得哥倫比亞大學物理學博士學位。
1969年至1996年，他主要在勞倫斯伯克利國家實驗室、勞倫斯利弗莫爾國家實驗室和加州大學伯克利分校工作。1972 年，他與 Stuart Freedman 合作，對 CHSH-Bell 定理預測進行了第一次實驗測試。這是世界上第一次觀察到量子糾纏，也是第一次對違反貝爾不等式的實驗觀察。
1974 年，他與Michael Horne合作，首次顯示貝爾定理的推廣為所有局部現實的自然理論（又名客觀局部理論）提供了嚴格的約束。這項工作引入了 Clauser-Horne（CH）不等式，作為由局部現實主義設定的第一個完全通用的實驗要求。它還引入了 “CH 無增強假設”，從而將 CH 不等式簡化為 CHSH 不等式，因此相關的實驗測試也約束了局部真實性。
同樣在 1974 年，他首次觀察到光的亞泊松統計（通過違反經典電磁場的柯西-施瓦茨不等式），從而首次證明了光子的明確粒子狀特徵。1976 年，他進行了世界上第二次對 CHSH-Bell 定理預測的實驗檢驗。
Anton Zeilinger是維也納大學物理學名譽教授，奧地利科學院量子光學與量子信息研究所高級科學家。他也曾任奧地利物理學會主席，現任奧地利科學院院長。Zeilinger1945年出生於奧地利，1971年在維也納大學獲得博士學位。
他以糾纏方面的實驗和理論工作而聞名，最著名的是多粒子糾纏態的實現、量子隱形傳態、量子通信和密碼學、光子量子計算以及從中子到富勒烯的物質波干涉測量，後者研究退相干和量子－經典轉變的細節。
1997年，他和同事首次完成了量子隱形傳態的原理性實驗驗證，成為量子信息實驗領域的開山之作。量子隱形傳態是從一個粒子向另一個粒子遠距離傳遞未知量子態的方式，這一過程不需要傳遞粒子本身。潘建偉教授也是這一個實驗的重要參與者之一。
量子隱形傳態妙就妙在：你並不測量要傳輸的初態，你僅僅只是利用了糾纏。藉助量子糾纏，我們可以將未知的量子態傳輸到遙遠的地點。
在最初的實驗中，Zeilinger組所實現的傳輸距離很短。後來，他們又完成了跨越多瑙河的量子隱形傳態實驗，以及非洲加那利群島之間的遠距離糾纏和隱形傳態實驗。島嶼之間的距離是百公里左右，在很長時間內這都是糾纏分發的最長紀錄。現在，這個距離被我們熟知的 “墨子號” 量子衛星超過了。
Zeilinger的主要研究興趣是量子力學的基礎實驗，重點是量子糾纏、量子干涉測量和量子信息。他特別關注的是新的糾纏態及其在量子通信和量子計算中的應用。 他目前的興趣還包括很高維度和複雜性的糾纏軌道角動量態，實現愛因斯坦、波多爾斯基和羅森提出的動量和位置糾纏態，實現基於不可區分性和遠距離量子通信的新型量子成像的想法。
和團隊成員一起，Zeilinger開發了糾纏光子的源，觀察了三光子和四光子糾纏以及高維量子態的糾纏。這些方法曾經並且正在被應用於量子通信任務的實現，例如超密集編碼、基於糾纏的量子密碼學、量子隱形傳態和糾纏交換、糾纏態的隱形傳態。
作者：姜澎
編輯：儲舒婷
責任編輯：樊麗萍