作者｜冯丽妃 梅进

北京时间10月4日下午5点49分许，瑞典皇家科学院决定将2022年的诺贝尔物理学奖授予法国科学家Alain Aspect、美国科学家John F.Clauser和奥地利科学家Anton Zeilinger ，以表彰他们“进行了纠缠光子的实验，确立了对贝尔不等式的不成立，并开创了量子信息科学” 。

2022年的诺贝尔奖单项奖金为1000万瑞典克朗（约合人民币642.8万元），三位获奖者将平分1000万瑞典克朗奖金。

纠缠态——从理论到技术

Alain Aspect、John Clauser和Anton Zeilinger用纠缠量子态进行了开创性的实验。在纠缠量子态中，即使两个粒子分离，它们也表现得像一个单独的单元。他们的研究结果为基于量子信息的新技术扫清了道路。

量子力学的不可言喻的效应正在开始得到应用。现在有一个很大的研究领域，包括量子计算机、量子网络和安全的量子加密通信。

这一进展的一个关键因素是，量子力学如何允许两个或多个粒子以所谓的纠缠态存在。纠缠对中的一个粒子发生的情况决定了另一个粒子发生的情况，即使它们相距很远。

在很长一段时间里，问题在于这种相关性是否是因为纠缠对中的粒子包含隐藏变量，即告诉它们在实验中应该给出哪个结果的指令。20世纪60年代，John Stewart Bell提出了以他的名字命名的数学不等式。这表明，如果存在隐藏变量，那么大量测量结果之间的相关性将永远不会超过某个值。然而，量子力学预测，某种类型的实验将违反贝尔不等式，从而产生比其他情况下更强的相关性。

John Clauser发展了John Bell的想法，开展了一个实际的实验。当他进行测量时，它们显然违反了贝尔不等式，从而支持了量子力学。这意味着量子力学不能被使用隐变量的理论所取代。

在John Clauser的实验之后，仍然存在一些漏洞。Alain Aspect发展了这个设置，利用它堵住了一个重要的漏洞。他能够在一个纠缠对离开它的源后切换测量设置，所以当它们被发射时存在的设置不会影响结果。

通过精密的工具和一系列的实验，Anton Zeilinger开始使用纠缠量子态。 而且，他的小组还展示了一种被称为量子隐形传态的现象，这种现象使得量子态在一定距离内从一个粒子移动到另一个粒子成为可能。

“越来越明显，一种新的量子技术正在出现。我们可以看到，获奖者对纠缠态的研究非常重要，甚至超越了解释量子力学的基本问题，”诺贝尔物理学委员会主席Anders Irbäck说。

获奖者介绍：

Alain Aspect，1947年出生于法国阿根。1983年从法国奥赛巴黎-南德大学获得博士学位。目前为法国巴黎萨克莱大学和帕莱索理工学院教授。

John F. Clauser，1942年出生于美国加州帕萨迪纳。1969年从美国纽约哥伦比亚大学获得博士学位。

Anton Zeilinger，1945年出生于奥地利里德伊姆·因克瑞斯。1971年从奥地利维也纳大学获得博士学位。目前为维也纳大学教授。

纠缠 图片来源：Johan Jarnestad/瑞典皇家科学院

过去7年诺贝尔物理学奖得主名单

2021年——美德意三位科学家因“对人们理解复杂物理系统的开创性贡献”而获奖。美籍日裔科学家Syukuro Manabe、德国科学家Klaus Hasselmann的获奖理由是“物理模拟地球气候，量化变化和可靠地预测全球变暖”；意大利科学家Giorgio Parisi的获奖理由是“发现从原子到行星尺度的物理系统的无序和波动的相互作用”。

2020年——英国科学家Roger Penrose获奖，获奖理由是“发现黑洞形成是广义相对论的一个有力预测”；另外两位获奖者是德国和美国科学家Reinhard Genzel、Andrea Ghez，获奖理由是“在银河系中心发现了一个超大质量的致密天体”。

2019年——美国科学家James Peebles获奖，获奖理由是“在物理宇宙学的理论发现”；另外两位获奖者是瑞士科学家Michel Mayor和Didier Queloz，获奖理由是“发现了一颗围绕类太阳恒星运行的系外行星”。

2018年——美法加三位科学家Arthur Ashkin、Gerard Mourou和Donna Strickland获奖，获奖理由是“在激光物理学领域所作出的开创性发明”。

2017年——三位美国科学家Rainer Weiss、Barry C. Barish和Kip S. Thorne获奖，获奖理由是“对LIGO探测器和引力波观测的决定性贡献”。

2016年——英美三位科学家David J. Thouless、F. Duncan M. Haldane、J. Michael Kosterlitz获奖，获奖理由是“理论发现拓扑相变和拓扑相物质”。

2015年——日本科学家Takaaki Kajita和加拿大科学家Arthur B. McDonald获奖，获奖理由是“发现了中微子振荡，表明中微子具有质量”。

诺贝尔物理学奖小知识

——截至2021年，诺贝尔物理学奖共颁发了115次，没有颁发的六年分别是1916、1931、1934、1940、1941和1942年。

——从1901年至2021年，共219人次获奖，实际获奖个人为218人，因为美国物理学家John Bardeen于1956年和1972年两次获奖。

——115次颁奖中，47次为单独获奖者，32次为2人共享，36次为3人共享。

——最年轻的获奖者是英国物理学家Lawrence Bragg，1915年因“用X射线对晶体结构的分析所作的贡献”与父亲一起获奖，时年25岁。

——最年长的获奖者是美国物理学家Arthur Ashkin，2018年因“在激光物理学领域所作出的开创性发明”获奖，时年96岁。

——215位诺贝尔物理学奖得主中，有4位女性。分别是1903年的居里夫人（居里夫人另外还获得1911年的化学奖）、1963年的Maria Goeppert-Mayer、2018年的Donna Strickland，以及2020年的Andrea Ghez。

——诺奖史上的“家庭”诺奖。

夫妇：Marie Curie和Pierre Curie夫妇获得1903年的诺贝尔物理学奖；

父子：William Bragg和Lawrence Bragg父子获得1915年的诺贝尔物理学奖；Niels Bohr获得1922年诺贝尔物理学奖，其子Aage N. Bohr获得1975年诺贝尔物理学奖；Manne Siegbahn获得1924年诺贝尔物理学奖，其子Kai M. Siegbahn获得1981年诺贝尔物理学奖；J. J. Thomson获得1906年诺贝尔物理学奖，其子George Paget Thomson获得1937年诺贝尔物理学奖。