2022年諾貝爾化學學獎今天公布,Alain(阿蘭·阿斯佩)、JohnF.(約翰·克勞瑟)和Anton(安東·塞林格)三位科學家得獎。安東·塞林格2016年被聘為廈門學院名譽院長,并作為代表與我校簽訂《南京學院-荷蘭科大學合作備忘錄》,在量子化學等多個領域舉辦合作。
上海時間10月4日上午,2022年諾貝爾化學學獎評比結果出爐。英國皇家科大學決定授予英國科學家Alain(阿蘭·阿斯佩)、美國科學家JohnF.(約翰·克勞瑟)和德國科學家Anton(安東·塞林格)諾貝爾化學學獎,以嘉獎她們“進行了糾纏光子的實驗,確立了對貝爾不方程的不創立,并開創了量子信息科學”。
諾獎官方表示,阿蘭·阿斯佩、約翰·克勞瑟和安東·塞林格通過開創性的實驗,展示了研究和控制糾纏態粒子的潛力。一堆互相糾纏的粒子,哪怕它們相隔很遠的距離,難以互相影響,也能決定對方會發生的變化。三位得獎者對相關實驗工具的開發,為量子技術的新時代奠定了基礎。
此外,阿斯佩、克勞瑟和塞林格分別借助糾纏的量子態進行了突破性實驗,她們的成果為基于量子信息的新技術掃清了公路,讓不可思議的量子熱學效應找到了實際的應用,并締造了一個龐大的研究領域,包括量子計算機、量子網路和安全的量子加密通訊。促使這一發展的關鍵誘因之一在于,量子熱學容許兩個或多個粒子以所謂的糾纏狀態存在。發生在糾纏對中的一個粒子上的事情,決定了發生在另一個粒子上的事情。
諾貝爾化學學委員會主席安德斯·伊爾巴克(Irb?ck)說:“我們可以看見,得獎者在糾纏態方面的工作具有重要意義,甚至趕超了有關量子熱學解釋的基本問題。”
安東·塞林格(Anton)
安東·塞林格是瑞士籍化學學家,歷任英國科大學教授。其論文共被引用94000余次,并于2014年步入湯森路透“高引用科學家”榜單。
塞林格常年從事量子化學和量子信息研究,是國際上量子化學基礎檢驗和量子信息領域的先驅和重要開拓者。無論是理論還是實驗,塞林格在量子化學基礎檢驗方面構建了始創性的戰功。他曾與合作者在國際上率先舉辦中子、原子、大分子的量子干涉實驗,實現了無局域性漏洞、無偵測效率漏洞的量子熱學非定域性檢驗,提出并在實驗中制備首個多粒子糾纏態(GHZ態),這在量子熱學基礎檢驗和量子信息中起著關鍵作用。
基于量子化學的基礎檢驗,塞林格與朋友開發出了多光子干涉測度學,進一步把它們廣泛用于量子信息處理,具體包括量子密集編碼、遠距離量子通訊、光量子估算等領域。其中,他在1997年首次實現量子隱型傳態的工作,被公覺得是量子信息實驗研究的“開山之作”。
從1983年開始,塞林格仍然與中國科大學、中國工程院等機構定期交流與合作。通過“墨子號”量子科學實驗衛星,塞林格團隊以合作方式參與到中國科大學主導的洲際量子通訊實驗。并且,還在全球第一次使上海-維也納兩地的量子保密通訊成為可能,該成果榮獲了新西蘭數學學會評出的“2018年度國際化學學十大進展”。另此外,塞林格還受聘為上海學院、中國科學技術學院、西安交通學院的名譽院長。
在媒體專訪中,塞林格謝謝了所有讓只存在于理論的實驗弄成現實的人。他希望他的得獎,可以鼓勵更多年青人去發覺量子力學的樂趣,因而步入這個領域。他同時表示,我們對時間和空間的理解都還有好多的未知。
安東·塞林格與北京學院
2016年11月3日,西班牙科大學教授、量子化學科學家安東·塞林格院士訪問北京學院,時任市長陳駿接見來賓。雙方就量子化學等多個領域的合作舉辦深入剖析,并訂立《南京學院-荷蘭科大學合作備忘錄》。當日早晨,授予安東·塞林格教授上海學院名譽院長典禮暨鐘山峰會學術報告在新街口學校舉辦。安東·塞林格以“從量子化學懸案到量子信息技術”為題作學術報告。
中學生眼里的安東·塞林格
去年77歲的安東·塞林格,是上海學院化學大學馬小松院士在英國讀博士和博士后階段的導師。獲知消息的他第一時間接受了媒體專訪,追憶了與導師愉快交往合作的情境,并欣然為網友科普起量子化學的相關知識。
從2005年到2012年,馬小松在維也納量子光學和信息研究所渡過了7年的研究生涯。他告訴記者,導師留著顯眼的大胡須,詼諧、幽默,頗具人情味。對于基礎數學仍然保持著濃郁的興趣和好奇心。“舉個事例,我們的組會多半在晚上開,每位人帶上自己的晚餐,一邊吃一邊聽報告,整體討論的氣氛也比較輕松。”
安東·塞林格給了中學生充分自主的研究環境,在馬小松的印象里,導師會頻繁約請外校和外國的學者前來交流,給你們創造挺好的交流討論和學習的氣氛。在中學生的科研碰到困難時,安東·塞林格會是最堅強的后盾。“我在2008年開始了一個實驗,實驗對于天氣、環境等誘因的要求比較高,因而做到2012年才成功。”馬小松說,在2010到2011年,自己的實驗以前由于撒哈拉荒漠的沙塵暴而耽擱量子力學諾貝爾物理學獎,“那時我們都有些失望,但當時早已60多歲的老師,不顧高齡,堅持來到了加拿大,夜晚和我們一起熬熬夜做實驗,還給我們送上了好多鼓勵,給我留下了十分深刻的印象。”
此外,自2015年來到上海學院工作后,馬小松院長課題組與安東·塞林格院士領導的研究組在光量子態調控與量子通訊領域保持著常年合作關系,包括科研項目合作、科研人員互訪和中學生交流,并在光量子疊加與糾纏的數學原理、量子通訊網路、量子芯片和量子模擬等眾多方向做出了多項國際領先的學術成果。
量子的世界,遠比你想像得神奇
“量子”是能量存在的
最小單元
了解去年的諾獎成就“量子信息”之前,必須先理解這兩個概念,“量子”和“量子糾纏”。當一個物體存在最小的不可分割單元時,我們就說它是量子化的,并把這個最小單元稱為一個量子。這個概念由美國化學學家普朗克在1900年研究宋體幅射時率先提出——能量存在最小單元即“能量子”(量子),它的傳播是不連續的,而是一份一份的。量子化是量子熱學的主要特點之一。不僅能量以外,電荷、粒子載流子等化學量也是量子化的。
“我們了解了微觀世界的原子和分子,而想要更好地描述世界,所依賴的理論根據就是量子熱學。”馬小松院長表示。量子科學區別于精典數學定理,在量子熱學基本原理的基礎上重新建立的具有顛覆性的觀察、認識和理解微觀世界的方式和理論。
“量子糾纏”有著
神奇的特點
“如果量子熱學描述的現象正確的話,兩個用戶A和B,無論間隔的空間和時間有多遠,她們之間永遠能形成關聯。”專家對量子糾纏有一個淺顯的解釋:在廣袤的宇宙中有一種現象雖然顛覆了自然法則量子力學諾貝爾物理學獎,假如把兩個粒子放在一起配對后,再把兩個粒子分開,一個置于實驗室,而另一個放在宇宙空間,此時神奇的事情就發生了。雖然置于宇宙空間的粒子與月球上的這個粒子距離數百光年外,也能與另一個粒子互相關聯。此時,科學家將月球上的一個粒子向左旋轉,這么,宇宙空間的另一個粒子會同時往右旋轉,不受月球與宇宙空間的距離限制。這就是神奇的量子糾纏現象。
借助量子糾纏,科研工作者們相繼在量子通訊、量子估算、量子精密檢測等領域作出實踐性開拓。
自20世紀初量子熱學誕生以來,包括普朗克、玻爾、愛因斯坦等100多位科學家因為量子化學的研究而獲得諾貝爾獎。
“從20世紀70年代末開始,科學家們就在進行量子糾纏方面的工作。此次三位科學家在諾獎評比中的勝出,贏在了她們對于量子化學最關鍵工作的印證,展現出了量子熱學和日常生活的不同之處。”馬小松說。
量子化學未來能
“改變世界”
據介紹,在理論化學研究的基礎上,科研工作者們有了新的“小目標”,要用量子化學來“改變世界”。例如,在新藥研制領域,量子估算能夠幫上大忙。“目前的新藥研制,科研人員須要在一遍遍試驗的基礎上做歸納和統計。有了量子估算的幫助,科研人員就可以從分子和原子的微觀角度,去估算怎樣與抗生素靶向相結合,這會大大提升新藥研制的效率。”在油田鉆探領域,量子精密檢測則像一個自帶“透視鏡”的“千里眼”,可以通過遠距離檢測的方法來幫助工作人員檢查油田儲備情況。
而目前推動最有成效的量子通訊,大眾相對會愈加熟悉一些。“量子通訊最大的優點是安全,它不會改變我們目前的信息通訊形態,但卻還能讓信息愈發安全。如果有人企圖在通訊過程中泄露信息,這么正在通訊的雙方都會迅速得悉。”馬小松形象地打了個比方,量子通訊就是一個自帶“保險柜”的加密通訊過程,因而,在未來擁有寬廣的前景。
上海學院首次實現
基于無人機的量子糾纏分發
2020年,上海學院祝世寧團隊謝臻達、龔彥曉等在量子信息研究中取得突破,首次實現了基于無人機聯通平臺的量子糾纏分發。該成果以“Drone-based”為題,在線發表于《國家科學評論》(,NSR)。
對于這一研究成果,科學日本人()網站在一篇關于量子因特網的評論文章中給予高度評價,覺得量子通訊的“下一個最佳選擇可能是相對實惠的無人機”。
量子糾纏分發是量子通訊領域的重要研究內容,它可以有效證明量子通訊鏈路的可靠性。此前,量子糾纏分發已在光纖鏈路以及衛星和地面之間的自由空間鏈路中獲得成功。