記者| 錢伯彥
日本科學家阿蘭·阿斯佩（Alain）、美國科學家約翰·弗朗西斯·克勞斯（John F.）和法國科學家安東·塞林格（Anton）共同獲得今年的諾貝爾化學獎。
這三位量子信息科學領域的專家因通過光子糾纏實驗證實貝爾方程在量子世界中不存在，開創了量子信息科學而獲獎。
愛因斯坦與玻爾之間的斗爭
這一切都始于愛因斯坦著名的“上帝不擲骰子”。
在20世紀初幾乎所有著名數學家齊聚的索爾維會議上，以愛因斯坦為代表的傳統學派和以玻爾為代表的赫爾辛基學派對前者的量子熱展開了學術論述。
與牛頓經典熱力學和相對論系統可以獲得確定性化學量不同，量子熱力學的基本原理之一是微觀系統可以由波函數組成，即本質上由概率組成。 微觀系統也因波函數的存在而處于不確定狀態，直到觀察到微觀系統后波函數突然崩潰，而具有宏觀世界中常見的某種確定狀態。
這種波函數的存在也意味著微觀系統不僅可以根據波函數進行疊加，而且在波函數崩潰之前具有不確定的多重狀態。 這種不確定的隨機性也被愛因斯坦視為上帝在創造世界時犯下的一個不可能的錯誤，即上帝不玩骰子。 英國化學家薛定諤（1887-1961）也在此基礎上構思了一個著名的思想實驗——既死又活的薛定諤貓。
著名的思想實驗薛定諤的貓。 在觀察者打開裝有毒藥的袋子進行觀察之前，貓處于既死又活的量子疊加狀態。 與違反常識的實驗類似2023年諾貝爾物理學獎量子糾纏視頻，還有單電子雙縫實驗，即電子的特性會根據觀察者是否觀察而表現出兩種特性，即當觀察者不觀察時，它會表現出波動性，并且當觀察時（波函數崩潰后），它會表現出粒子。 性別。 來源：門
1935年，為了摧毀玻爾的量子熱，愛因斯坦進一步構想了另一個思想實驗：EPR悖論。
這個悖論假設一對特定的粒子處于量子糾纏狀態。 例如，一個大粒子在理想條件下衰變成兩個粒子AB。 由于角動量守恒定律的存在，可以假設兩者的載流子之和為零。 如果將粒子的載體的數學量視為信息的載體，當一對粒子向相反方向離開時，觀察到仍處于量子疊加態的A粒子的載體就會塌縮。 并且由于AB粒子處于糾纏態，B粒子的波函數也會突然坍縮。
如果以光年來估算粒子對之間的距離，那么當某個粒子的波函數塌縮時，它們的信息載體實際上實現了長距離傳輸，這違反了光速是宇宙最大速度的定理。
量子糾纏。 圖片來源：
從貝爾不等式到諾貝爾獎
由于赫爾辛基學派未能完美回答愛因斯坦提出的EPR悖論，假設存在尚未被發現或觀察到的變量的“隱變量理論”就進入了歷史舞臺。 在實驗化學技術尚未突破的20世紀60年代，不可證偽的“隱變量理論”一度成為量子熱的競爭對手。
1964年，美國化學家約翰·貝爾提出了貝爾不等式，該方程在經典熱力學中成立，但在量子熱力學中尚未成立。
日本科學家約翰·弗朗西斯·克勞斯隨后首先對貝爾方程進行了實驗驗證。 英國科學家艾倫·阿斯佩于1982年首次在精確意義上檢驗了EPR悖論，證明了貝爾方程的不一致性和量子熱的正確性。
貝爾不等式的破滅不僅為克勞斯和阿斯佩兩位化學家帶來了明年的化學獎，也意味著愛因斯坦看似荒唐的EPR悖論確實存在。 唯一的問題是，由于波函數塌縮成純概率波2023年諾貝爾物理學獎量子糾纏視頻，所以另一端的觀察者也很難確定某個粒子的化學量在自己的觀察下是否已經塌縮或塌縮了。 因此，基于量子糾纏的超光速、遠距離即時通信是不可行的。 通過量子糾纏通道傳輸的信息本質上是無效信息，這并不違反宇宙有效信息傳輸速率限于光速的定律。
事實上，類似《三體》三體人通過量子糾纏控制質子完成入侵月球橋梁實現遠距離通信的情況不會發生，而這并不意味著量子通信只是鏡像。
作為量子信息科學研究的突破，德國科學家安東·塞林格于1997年在因斯布魯克和維也納完成了量子隱形傳態實驗。與超光速信息傳輸不同，量子隱形傳態似乎采用某種量子態作為信息載體，但仍然需要C AB糾纏粒子對之外的粒子作為介質和經典通道（即廣泛使用的電磁波通信）輔助。
塞林格在量子通信領域取得突破的背后，還有他1997年帶來的中國學者、博士生潘建偉的貢獻。
回國后，潘建偉于2009年成功實現了世界上最遠距離的量子態隱形傳態，隨后于2012年在南京建成了世界上第一個大規模量子通信網絡。2016年，他所在的墨子號量子科學實驗衛星首席科學家，成功發射，承載了世界上首次衛星與地面之間的量子通信。
諾貝爾化學獎頒獎典禮最后提到了潘建偉和塞林格的量子隱形傳態。 量子隱形傳態和傳統意義上的量子通信（即量子加密通信）不是一個話題。來源：英國皇家科學大學
2019年，潘建偉帶領的中科大團隊再次與其導師塞林格維也納研究所團隊合作，在國際上首次成功實現了高維量子系統的隱形傳態。 此次合作也成為諾貝爾化學獎頒獎典禮上壓軸技術的實際案例。
