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拍卖网平台|等待40多年量子力学终获诺奖,顶尖量子科学家这样看

作者:拍卖网平台

  量子力学证明了“世界是随机的,上帝也会掷骰子”。但要证明量子力学是正确的,科学家花了近百年的时间。

  1964年,英国物理学家约翰·贝尔(John Bell)提出著名的贝尔不等式,其精髓是“世界是非定域性的,不可以用局域变量来确定”。不过当时没有人能够解释量子纠缠如何起作用。

  在随后的近60年里,大量的科学家通过他们的工作和实验证明了贝尔不等式,其中的三位终于在2022年10月4日获得了诺贝尔物理学奖。他们通过演示和使用纠缠机制为量子信息铺平了道路,这使得从远处操纵粒子甚至传送它们的特性成为可能,也为量子计算机的发展奠定基础。

  这一业内看来迟到的表彰对于量子科学领域而言无疑是巨大的好消息,将推动量子信息和量子计算领域快速向前发展。业内对此反响热烈。

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  奖励为何迟到?

  此次获诺贝尔物理学奖的三位科学家之一、法国物理学家阿兰·阿斯佩(Alain Aspect)告诉记者他的电话铃声不断响起,祝贺从四面八方传来。“我想今后一段时间我应该学会去适应一下。”阿斯佩表示。

  阿斯佩的好朋友、日内瓦大学量子密码学专家、ID Quantique联合创始人尼古拉斯·吉森(Nicolas Gisin)教授也第一时间向阿斯佩发去贺电。“很显然,他还没有时间回复。”吉森告诉第一财经记者,“我认为他可能还无法相信自己获奖的事实,这个奖项来得太晚,他可能已不再期待了。”

  吉森认为,早在上世纪80年代,量子力学就应该获得诺贝尔奖。“阿斯佩、克劳泽两位科学家的工作都很早期,他们应该在1980年代就与贝尔一起获得诺奖,他们早就应该得到认可;塞林格的到来让量子力学在应用方面开始起飞。”他告诉第一财经记者。

  1990年贝尔去世时,去世时年仅62岁,他没有等到诺奖是物理学界的一大遗憾。“贝尔当时试图证明量子力学是不完整的,就像爱因斯坦一样抱着质疑的态度,但他发现了相反的情况!克劳泽也做了这个实验,他一开始假设会发现量子力学是错误的,但他也发现了与他预期相反的结果!”吉森对第一财经记者表示。

  量子纠缠是量子物理学中最奇怪的现象。在爱因斯坦看来,宇宙是局部的,两个粒子只有在靠近时才能产生相互影响。如果这种相互作用在很远的距离上也能实现,那就意味着有东西会比光速移动得更快。爱因斯坦认为这是不能让人接受的。

  贝尔提出的不等式反驳了爱因斯坦的理论,如果有一个实验违反了这个不等式,它将证明量子物理学的非定域性,从而证明量子纠缠。克劳泽和阿斯佩的工作发现两个相距12米的纠缠光子违反了贝尔不等式,证明了宇宙的非定域性。

  吉森认为,诺贝尔奖之所以那么晚才奖励给证明量子力学的科学家,是因为世界上懂得贝尔不等式的人少之又少。“直到今天,仍然只有非常非常少的人理解了贝尔不等式,非定域随机性的想法也是后来才出现的,随机事件可能发生在多个不同的地方仍然非常违反直觉。”吉森说道。

  尽管如此,吉森仍然表示,他的同事和好友获得了诺贝尔奖令人欢欣鼓舞。“因为它奖励了一门我非常珍视的学科,证明了该学科得到了认可,尤其是在很少人对这门学科感兴趣并试图理解它的时候。”吉森对第一财经记者说道,“今天,这门科学已经催生了许多正在崛起的技术,我们只是为这个诺贝尔奖来得晚而感到小小的遗憾。”

  2012年诺贝尔物理学奖得主、法国量子物理学家塞尔日·阿罗什(Serge Haroche)表示:“克劳泽和阿斯佩的实验回答了关于量子物理学非定域性的基本问题,但当时没有人能想象这种特性有哪些实际的应用,直到很久以后,塞林格的实验让量子纠缠的应用变得更加具体,这正是诺贝尔委员会为表彰这一领域所期待看到的进展。”

  获奖有何启示?

  美国量子物理学家克劳泽在获奖后的采访中透露了早期进行科研的挑战。他说道:“当时我几乎没有任何经费,因为要获得政府经费是非常困难的,他们(政府)会给你设定目标,要求你达成什么样的结果,才能给你提供经费支持。但这是非常荒唐的,在做实验之前,科学家是无法预测实验结果的,这就是我当时遇到的最大的困难。”

  1997年,奥地利物理学家成功地传送了“量子粒子态”。他使用两个相距遥远但发生了量子纠缠的粒子,证明了一旦两个粒子进行了这种纠缠,其中一个粒子状态的任何变化都会立即反映在第二个粒子上,即使两个粒子相距达1200公里。

  塞林格在获奖后诺贝尔委员会的记者发布会上接受了采访。塞林格表示,凭借量子力学这一“非主流”领域获奖是一个“巨大的认可”,并强调任何科学家都应该有从事“非主流”科研领域的自由,如果不是这样,他的研究工作就不可能实现今天的成就。

  塞林格被视为光子间量子信息传输(“量子隐形传态”)的先驱,正是得益于他的工作,量子密码学才有今天的应用,其他的应用还包括制造量子芯片等。

  塞林格表示,在他职业生涯早期,经常有人问他为何要从事几乎无人从事的工作。对此,他这样回应:“我可以自豪地说,别人的看法对我没有任何影响,我只是出于好奇才做这些工作。”

  塞林格总是鼓励他的学生探究物理学的基本问题。“年轻人应该充分获得科学研究的自由,我相信未来20年,无论是在量子物理基础领域,还是在应用方面,科研都会是绝对开放的。”他表示。

  中国科学院院士、中国科学技术大学潘建伟教授在奥地利博士学习期间师从塞林格,他也认为,量子力学早就该获得诺贝尔奖的表彰,并称两个原因推动了诺贝尔委员会在现在这个时间奖励量子力学:一是“墨子号”量子科学卫星的发射,另一个是量子计算优越性的突破。

  潘建伟在师从塞林格期间,为导师的获奖做了很多“从0到1”的基础研究工作,而诺贝尔奖也是奖励给“从0到1”突破的原创科学。

  一位潘建伟的学生告诉第一财经记者:“量子力学获得诺贝尔奖是众望所归,国内相关领域已经相当繁荣,未来最重要的是看中国能否做出更多原创性的工作,尤其是在量子计算领域,还是有很大的发展空间。”


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