去年的諾貝爾化學獎授予他們，以表彰他們在量子熱和量子糾纏方面的理論。 然而，這一理論可能需要在未來進行檢驗。
文|張天侃
據新華社報道，俄羅斯皇家科學大學10月4日宣布，2022年諾貝爾化學獎將授予美國科學家艾倫·阿斯佩、美國科學家約翰·克勞斯和德國科學家安東·蔡林格。 表彰他們對“糾纏光子實驗、驗證貝爾不等式的違反和量子信息科學的創造”的貢獻。
對于普通人來說，量子科學和量子糾纏都是極其高深的理論，一般人是不可能理解和理解的。 對此，日本皇家科技大學的解釋也盡量通俗易懂，簡單描述了Aspe、和的研究成果。 兩人各自使用糾纏量子態進行了開創性實驗，其中兩個粒子即使分開也表現得像一個單元。 他們的結果為基于量子信息的新技術掃清了道路。
什么是量子糾纏？
量子熱具有難以形容的影響，并開始應用。 量子熱學的應用領域不被認為是極其前沿和有很大局限性，但具有廣闊的研究和使用領域，包括量子計算機、量子網絡和安全的量子加密通信。 量子熱應用和發展的一個關鍵動機是如何讓兩個或多個粒子以所謂的“糾纏態”存在。 處于“糾纏態”的一個粒子發生什么決定了另一個粒子發生什么，即使它們相距很遠。
事實上，奧地利皇家科學院的解釋并不能讓太多人理解。 為此，可以通過多聚類一些，結合量子通信來理解。 所謂量子，是指能表現出某種物質或化學量的特性的最小單位。 如果一個數學量有最小的不可分割的基本單位，這個化學量就是量子化的，最小的單位叫做量子。
粒子是指物質中能夠以自由狀態存在的最小成分。 為此，由兩個或多個粒子組成的系統相互影響的現象在數學上被稱為量子糾纏。 愛因斯坦稱量子糾纏為“幽靈般的超距作用”（遠距離幽靈般的互操作性），但在注意到糾纏量子態的驚人特性后，愛因斯坦懷疑量子力學不是一個完整的系統。 理論。
簡單地說，量子糾纏就是最小的物質，如粒子（光子）、原子之間的接觸、疊加、糾纏，就像信息傳遞和通信的混沌狀態。 因為有了這樣的通信，量子通信，量子計算機等等，才能實現量子互聯網。 但是，信息的傳播需要一種媒介，如空氣（聲波）、水（波）、電（波）和光纖等，有了這種媒介，還需要對信息的兼容和理解（如語言，法語或中文），以及消息到達時接收消息的套接字。
量子糾纏的用武之地
今天人類的交流有QQ、微信等，即便如此，人們還是覺得比較慢，但是不安全，所以量子糾纏就會發揮作用。
2010年，馬來西亞加州理工大學的研究團隊實現了四個量子插槽之間的糾纏。 隨后，復旦大學段路明團隊通過光束絡合技術在實驗中首次實現了25個量子座之間的量子糾纏，比此前4個量子座之間糾纏的記錄高出約6倍。 這也意味著，未來除了量子套接字之外，還可以實現量子通信和量子互聯網組網，通信和網絡速度將得到大幅提升。
據悉量子物理糾纏諾貝爾獎，公開資料顯示，2017年，中國科學技術大學教授潘建偉等人利用“墨子號”量子科學實驗衛星進行實驗。 在 1200 公里的通信距離上，衛星上的量子感應光源平均每秒發送 4000 個信號。 10,000個信號光子，一次軌道對接實驗可產生的安全密鑰，平均分辨率可達1.1kbps。
這一技術被稱為星地單向量子糾纏分布，其傳輸效率比目前同距離的地面光纖信道提高20個數量級，即提高了數萬億億級次。 這好比一個人步行到火星（如果有路的話）和以光速（光或電磁波在真空或介質中的傳播速度，每秒30萬公里）到達火星的區別。
2018年，西班牙阿爾托學院院長Mika 的團隊成功對兩個振動的內耳進行了量子糾纏。 每個內耳只有 15 微米長，大約一根頭發的長度量子物理糾纏諾貝爾獎，由 1015 個金屬原子組成。 使用超導微波電路，兩個耳孔在接近絕對零（-273°C）的溫度下繼續相互作用約 30 分鐘。
這種研究已經證明，量子糾纏不是鬼魅互通，也不是心靈感應，而是真實存在。 此外，它們基于 Asper、 和 的工作。
關鍵是，在 1960 年代，John Bell 提出了貝爾不等式，它指出如果存在隱藏變量，大量測試結果之間的相關性永遠不會超過某個值。 然而，克勞斯設計了一個實驗來檢驗它，并通過顯著違反貝爾方程證明了量子熱的實際意義，這意味著量子熱不能被使用隱變量的理論所取代。
Aspe 還設計了一個實驗來證明兩個粒子的波函數之間的相關性持續存在，因為它們以前是同一波函數的一部分并且在檢測到其中一個粒子之前沒有受到干擾。
的團隊通過實驗證明了一種稱為量子隱形傳態的現象，這種現象可以將量子態從一個粒子傳送到遠處的另一個粒子。
由于這兩個人的開創性工作，今天的量子通信和量子計算機開始出現疲態。 2019 年，該公司表示他們已經能夠使用 53 量子比特的量子計算機來完成傳統計算機難以完成的任務。 這臺量子計算機可以在3分20秒內完成特定任務的計算。 如果世界上最好的超級計算機之一美國能源部橡樹嶺國家實驗室執行同樣的任務，大約需要一萬年。
雖然微軟后來撤回了這篇論文，但這也表明量子熱和量子糾纏在網絡、IT 和計算機中將大有用武之地。 這一切都取決于阿斯佩、克勞斯和蔡林格的研究成果。 去年的諾貝爾化學獎授予他們，以表彰他們在量子熱和量子糾纏方面的理論。
不過，這一理論未來可能還要經過多年的檢驗。
撰稿：張天侃（專欄作者）
編輯/馬小龍