去年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予他們，以表彰他們?cè)?a href='http://www.njxqhms.com/gaozhongwuli/zongheyuqita/3946.html' title='潘建偉：量子保密通信的實(shí)驗(yàn)研究和應(yīng)用研究處于國(guó)際領(lǐng)先水平' target='_blank'>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(lái)進(jìn)行檢驗(yàn)。
文|張?zhí)熨?span style="display:none">5XK物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
據(jù)新華社報(bào)道，俄羅斯皇家科學(xué)大學(xué)10月4日宣布，2022年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)將授予美國(guó)科學(xué)家艾倫·阿斯佩、美國(guó)科學(xué)家約翰·克勞斯和德國(guó)科學(xué)家安東·蔡林格。 表彰他們對(duì)“糾纏光子實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證貝爾不等式的違反和量子信息科學(xué)的創(chuàng)造”的貢獻(xiàn)。
對(duì)于普通人來(lái)說(shuō)，量子科學(xué)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(duì)此，日本皇家科技大學(xué)的解釋也盡量通俗易懂，簡(jiǎn)單描述了Aspe、和的研究成果。 兩人各自使用糾纏量子態(tài)進(jìn)行了開(kāi)創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)，其中兩個(gè)粒子即使分開(kāi)也表現(xiàn)得像一個(gè)單元。 他們的結(jié)果為基于量子信息的新技術(shù)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(kāi)始應(yīng)用。 量子熱學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域不被認(rèn)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(lǐng)域，包括量子計(jì)算機(jī)、量子網(wǎng)絡(luò)和安全的量子加密通信。 量子熱應(yīng)用和發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵動(dòng)機(jī)是如何讓兩個(gè)或多個(gè)粒子以所謂的“糾纏態(tài)”存在。 處于“糾纏態(tài)”的一個(gè)粒子發(fā)生什么決定了另一個(gè)粒子發(fā)生什么，即使它們相距很遠(yuǎn)。
事實(shí)上，奧地利皇家科學(xué)院的解釋并不能讓太多人理解。 為此，可以通過(guò)多聚類(lèi)一些，結(jié)合量子通信來(lái)理解。 所謂量子，是指能表現(xiàn)出某種物質(zhì)或化學(xué)量的特性的最小單位。 如果一個(gè)數(shù)學(xué)量有最小的不可分割的基本單位，這個(gè)化學(xué)量就是量子化的，最小的單位叫做量子。
粒子是指物質(zhì)中能夠以自由狀態(tài)存在的最小成分。 為此，由兩個(gè)或多個(gè)粒子組成的系統(tǒng)相互影響的現(xiàn)象在數(shù)學(xué)上被稱(chēng)為量子糾纏。 愛(ài)因斯坦稱(chēng)量子糾纏為“幽靈般的超距作用”（遠(yuǎn)距離幽靈般的互操作性），但在注意到糾纏量子態(tài)的驚人特性后，愛(ài)因斯坦懷疑量子力學(xué)不是一個(gè)完整的系統(tǒng)。 理論。
簡(jiǎn)單地說(shuō)，量子糾纏就是最小的物質(zhì)，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(tài)。 因?yàn)橛辛诉@樣的通信，量子通信，量子計(jì)算機(jī)等等，才能實(shí)現(xiàn)量子互聯(lián)網(wǎng)。 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(duì)信息的兼容和理解（如語(yǔ)言，法語(yǔ)或中文），以及消息到達(dá)時(shí)接收消息的套接字。
量子糾纏的用武之地
今天人類(lèi)的交流有QQ、微信等，即便如此，人們還是覺(jué)得比較慢，但是不安全，所以量子糾纏就會(huì)發(fā)揮作用。
2010年，馬來(lái)西亞加州理工大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了四個(gè)量子插槽之間的糾纏。 隨后，復(fù)旦大學(xué)段路明團(tuán)隊(duì)通過(guò)光束絡(luò)合技術(shù)在實(shí)驗(yàn)中首次實(shí)現(xiàn)了25個(gè)量子座之間的量子糾纏，比此前4個(gè)量子座之間糾纏的記錄高出約6倍。 這也意味著，未來(lái)除了量子套接字之外，還可以實(shí)現(xiàn)量子通信和量子互聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)，通信和網(wǎng)絡(luò)速度將得到大幅提升。
據(jù)悉量子物理糾纏諾貝爾獎(jiǎng)，公開(kāi)資料顯示，2017年，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉等人利用“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 在 1200 公里的通信距離上，衛(wèi)星上的量子感應(yīng)光源平均每秒發(fā)送 4000 個(gè)信號(hào)。 10,000個(gè)信號(hào)光子，一次軌道對(duì)接實(shí)驗(yàn)可產(chǎn)生的安全密鑰，平均分辨率可達(dá)1.1kbps。
這一技術(shù)被稱(chēng)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(gè)數(shù)量級(jí)，即提高了數(shù)萬(wàn)億億級(jí)次。 這好比一個(gè)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(zhì)中的傳播速度，每秒30萬(wàn)公里）到達(dá)火星的區(qū)別。
2018年，西班牙阿爾托學(xué)院院長(zhǎng)Mika 的團(tuán)隊(duì)成功對(duì)兩個(gè)振動(dòng)的內(nèi)耳進(jìn)行了量子糾纏。 每個(gè)內(nèi)耳只有 15 微米長(zhǎng)，大約一根頭發(fā)的長(zhǎng)度量子物理糾纏諾貝爾獎(jiǎng)，由 1015 個(gè)金屬原子組成。 使用超導(dǎo)微波電路，兩個(gè)耳孔在接近絕對(duì)零（-273°C）的溫度下繼續(xù)相互作用約 30 分鐘。
這種研究已經(jīng)證明，量子糾纏不是鬼魅互通，也不是心靈感應(yīng)，而是真實(shí)存在。 此外，它們基于 Asper、 和 的工作。
關(guān)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(cè)試結(jié)果之間的相關(guān)性永遠(yuǎn)不會(huì)超過(guò)某個(gè)值。 然而，克勞斯設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)它，并通過(guò)顯著違反貝爾方程證明了量子熱的實(shí)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(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)證明兩個(gè)粒子的波函數(shù)之間的相關(guān)性持續(xù)存在，因?yàn)樗鼈円郧笆峭徊ê瘮?shù)的一部分并且在檢測(cè)到其中一個(gè)粒子之前沒(méi)有受到干擾。
的團(tuán)隊(duì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了一種稱(chēng)為量子隱形傳態(tài)的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象可以將量子態(tài)從一個(gè)粒子傳送到遠(yuǎn)處的另一個(gè)粒子。
由于這兩個(gè)人的開(kāi)創(chuàng)性工作，今天的量子通信和量子計(jì)算機(jī)開(kāi)始出現(xiàn)疲態(tài)。 2019 年，該公司表示他們已經(jīng)能夠使用 53 量子比特的量子計(jì)算機(jī)來(lái)完成傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)難以完成的任務(wù)。 這臺(tái)量子計(jì)算機(jī)可以在3分20秒內(nèi)完成特定任務(wù)的計(jì)算。 如果世界上最好的超級(jí)計(jì)算機(jī)之一美國(guó)能源部橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室執(zhí)行同樣的任務(wù)，大約需要一萬(wàn)年。
雖然微軟后來(lái)撤回了這篇論文，但這也表明量子熱和量子糾纏在網(wǎng)絡(luò)、IT 和計(jì)算機(jī)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(xué)獎(jiǎng)授予他們，以表彰他們?cè)诹孔訜岷土孔蛹m纏方面的理論。
不過(guò)，這一理論未來(lái)可能還要經(jīng)過(guò)多年的檢驗(yàn)。
撰稿：張?zhí)熨▽?zhuān)欄作者）
編輯/馬小龍