光子盒研究所
新數(shù)據(jù)顯示，諾貝爾數(shù)學獎獲得者一般平均要等待 20 年才能獲得這一享有盛譽的榮譽。
— 對于約翰（約翰·克勞斯飾）來說，等待的時間是兩倍多。
2022年10月4日，這位80歲的化學家將與阿蘭（Alan Aspe）和安東（Anton ）一起被評為諾貝爾化學獎共同獲得者。 他們因進行開創(chuàng)性的“糾纏光子實驗、違反貝爾不等式以及開創(chuàng)量子信息科學”而受到廣泛贊譽。
克勞斯的研究可以追溯到 1972 年：他反駁了量子熱的有效性，并為密碼學和計算領域的新興應用奠定了基礎。
近日，克勞斯正在美國訪問，并在“量子日本2023峰會（）”上發(fā)表了非常特別的演講——這是由科學技術信息通信部和韓國研究院主辦的量子信息國際會議。 這是 2025 年慶祝學校 120 歲生日的下一次智能峰會的一部分。
約翰·克勞斯在釜山西部東邦門區(qū)的一家酒店接受美國《中央晚報》記者采訪。
6月26日，美國最大媒體《中央晚報》記者在釜山西部東邦門區(qū)的一家酒店會見了諾貝爾獎獲得者，并討論了他的成就。
恭喜您獲得諾貝爾獎。 你感覺如何？
我真的非常興奮。 百分之九十的科學家想要諾貝爾獎，百分之十都是騙局； 這是一個人可以獲得的最高榮譽。
問：請介紹一下您的獲獎研究？
克勞斯：基本上，尼爾斯·玻爾和阿爾伯特·愛因斯坦之間就量子熱的含義以及量子熱是否是一個完整的理論進行了爭論。 事實證明，這個問題從未得到完全解決。 在試圖理解隨機性從何而來以及量子熱的疊加從何而來時，他（愛因斯坦）認為量子熱并不是一個完整的理論。 他想減少理論中沒有的額外變量——“隱藏變量”——以解釋糾纏。
那么，什么是糾纏呢？ 薛定諤提出了兩個方程。 第一個方程描述了氧，它有一個電子； 第二個方程描述氫，它有兩個電子。 在第二個方程中，他發(fā)現(xiàn)兩個電子以某種方式交織在一起并糾纏在一起； 正如薛定諤所說，這是一個非常復雜的方法，人們無法理解，但為了解釋氦光譜，這是必要的。
根據(jù)薛定諤的第二個方程，當兩個電子相距很遠時，它們?nèi)匀灰砸环N特別奇怪、緊密的形式糾纏在一起。 那么當時的問題是，這真的正確嗎？ 如果它們緊密地堆積在氦原子內(nèi)，它們實際上會相互作用。 但如果你把它們放在很遠的地方，它們?nèi)匀粫鶕?jù)量子熱學相互作用。 這讓薛定諤和愛因斯坦都感到不安。 因此薛定諤甚至認為這個方程是錯誤的。 電子的糾纏似乎消失了，但這將改變理論的預測。 于是這就成了玻爾和愛因斯坦之間的爭論。
愛因斯坦想要減少額外的變量，玻爾說不：他們不需要。 我們能想到的理論的任何改變都會改變預測； 沒有人愿意承認這些預測可能是錯誤的。
——只是出了點問題。 所以基本上，這些條件一直持續(xù)到 1964 年，當時約翰·貝爾正在研究這個理論。
他發(fā)現(xiàn)了一個極其驚人的結果。 事實上，在量子熱學中添加這個額外的變量是完全不相容的，并且改變了量子熱學的預測，與愛因斯坦、鮑里斯·波多爾斯基和內(nèi)森·羅森的預測完全相反，這純粹是嘲諷。
然后在 1969 年，當我還是一名研究生時，霍恩、阿布納、霍爾特和我說，事實上，量子熱并不總是完全正確的。 所以，我們把貝爾的結果改成了可以實際實驗測試的方式。
因此，我最終在 1972 年與斯圖爾特·弗里德曼 ( ) 一起做了一個實驗。當時，我不知道做這個實驗時會發(fā)生什么； 但我知道我會以某種方式解決玻爾和愛因斯坦之間的爭論。 謙虛地說，我把賭注押在愛因斯坦身上：他是我心目中最偉大的英雄之一；他是我的英雄。 但我不知道的是，在做實驗時，我發(fā)現(xiàn)愛因斯坦錯了，玻爾是對的。
我才敢真正出去嘗試一下。 事實上，我在 70 年代初期做了四次不同的實驗。 我的共同諾貝爾獎獲得者、來自倫敦的艾倫·阿斯佩 (Alan Aspe) 的工作是在 80 年代完成的； Anton 始于 80 年代末，一直持續(xù)到 90 年代和 2000 年代。
從那時起，事情明顯發(fā)生了變化。
1975 年 11 月 7 日，克勞瑟和斯圖爾特·弗里德曼在加州研究所伯克利校區(qū)進行了量子熱實驗2023年諾貝爾物理學獎量子糾纏實驗，以測試貝爾定律，克勞瑟是加州研究所的博士后研究員。
問：您在上一篇文章中提到，當決定測試貝爾的提議時，每個人都告訴您這是不可能的，甚至包括您的導師。 是什么促使你做這個實驗的？
克勞斯：我意識到什么是利害攸關的； 整個數(shù)學平臺都處于危險之中。 從伽利略和牛頓2023年諾貝爾物理學獎量子糾纏實驗，一直到愛因斯坦，人們想要一種用微分方程封裝的數(shù)學描述，來描述在我們生活的三維世界中事物如何作為時間的函數(shù)進行通信。
邁克·霍恩和我推測這是不可能的。 這是支撐愛因斯坦數(shù)學攻擊計劃的整個基礎平臺； 不幸的是，我們在這件事上已經(jīng)把所有的腿都從椅子上拉了出來。
——這非常令人沮喪； 我從一開始就知道這會是一個問題。 邁克霍恩和我終于弄清楚了這樣做的所有細節(jié)。 其他人沒有意識到做這種實驗有多大風險，這就是我堅持下去的動力。 雖然其他人都告訴我，我做這種實驗完全是瘋了，但這會毀掉我的職業(yè)生涯。 嗯，確實如此。 我從來沒有當過院長。
但我認為我的實驗都很重要。
問：目前正在開發(fā)各種利用量子糾纏的量子技術，例如量子計算機和量子加密衛(wèi)星。 就國家發(fā)展而言，您認為什么技術是最優(yōu)先考慮的？
克勞斯：溫和地說，我懷疑量子計算機有點被夸大了。 普通計算機能解決的問題數(shù)量以百萬或數(shù)十億計； 量子計算機只能有效解決少數(shù)問題。 量子加密是新技術的主要驅動力。 事實上，金融行業(yè)對加密非常感興趣，因為它能夠完全加密地發(fā)送金融交易和類似的通信，因為所有政府機構都會保守秘密。 因此，加密通信（盡管僅在您的手機上）明天將非常重要。 對此，量子加密是相當有價值的。 我想說它比量子估計更有價值。
問：衛(wèi)星量子通信所需的糾纏粒子的規(guī)?；驍?shù)量是多少？是否有可能在這些規(guī)模下保持糾纏？
克勞斯：這是可能的。 第一顆此類衛(wèi)星是中國幾年前發(fā)射的“”衛(wèi)星。 據(jù)《&News》文章報道，據(jù)我所知，日本沒有任何量子加密衛(wèi)星。 許多其他國家都有進行量子加密的項目。
據(jù)我所知，目前唯一真正在飛行的量子加密衛(wèi)星是中國的墨子號衛(wèi)星。 我想我已經(jīng)問過我的朋友為什么沒有英國衛(wèi)星了。 最好的猜測是，一路上有太多的（潛在的）泄漏，有太多的方式讓它真正被黑客攻擊，也有太多的方式讓它從平臺上消失。
問：您認為量子領域還有其他領域有可能贏得下一屆諾貝爾獎嗎？
克勞斯：祝他們好運！ 我花了50年的時間，我不知道為什么花了這么長時間。 我推測有些諾貝爾獎涉及政治，我很高興我得到了一個。 在數(shù)學中，我聽到的最緊迫的問題是以某種形式統(tǒng)一廣義相對論和量子熱——我認為糾纏是將兩者結合起來的某種問題的關鍵。
最緊迫的問題是以某種方式將廣義相對論與量子熱統(tǒng)一起來。
問：您認為哪些研究課題對于學術界在量子領域取得突破至關重要？
克勞斯：沒有人能肯定地說。 事實上，我們所有從事這項工作的人都不知道會有應用程序。 我們只是在研究純數(shù)學。 但擁有良好、強大的科學研究計劃至關重要。 沒有這個，我們將一事無成。 如今，化學領域的某些研究領域我覺得很荒謬，比如弦理論。 但誰知道呢？ 我無法預測。
既然你談到了，量子糾纏被證明之后，人們對量子技術的希望是非常大的。 有人說，到2030年，市場規(guī)模將超過1萬億美元，即770億港元。 50年前你有想過這個市場會發(fā)展得這么大嗎？
絕對不。 這完全超出了我最初夢想的范圍。 當我進行實驗時，我不知道會得到什么結果。 我賭愛因斯坦，但不知道結果如何。 我知道我會得到結果，我知道我會解決這場辯論。 除此之外，我什么都不知道。
問：量子實際上是美國12項國家戰(zhàn)略技術（日本政府尋求戰(zhàn)略發(fā)展的技術）之一。 您對日本的量子研究有什么想法嗎？
克勞斯：我對此了解不夠，無法回答。
問：日本的量子研究現(xiàn)狀如何？
克勞斯：實際上，對于科學來說，自從羅納德·里根成為總理以來，澳大利亞科學仍然嚴重資金不足。 自里根政府以來，科學預算占國內(nèi)生產(chǎn)總值的百分比持續(xù)回升。 在共和黨的領導下，它仍在增長。 在民主黨的領導下，這一數(shù)字趨于持平。 但最終的結果是，多年來，它已降至世界最低水平之一。
我對德國的科學研究狀況感到非常沮喪。 據(jù)了解，所謂的 STEM 學院和工程學院之間存在競爭。 工程實際上優(yōu)于 STEM。 最終的結果是，科學素養(yǎng)，特別是身體素養(yǎng)，已經(jīng)上升了。 我強烈懷疑美國人可能普遍比德國人受教育程度更高。 我沒有這方面的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，但我不會感到安慰。
問：從長遠來看，您認為 STEM 研究資金不足存在哪些問題？
克勞斯：你需要錢來做研究。
日本實際上成為第二次世界大戰(zhàn)中的世界領導者。 有大量資金投入科學研究、航空、雷達電子、物理學和原子彈研究。 只是投入了大量資金：戰(zhàn)爭結束時，科學家們留下了許多新技術，他們可以將這些新技術應用于戰(zhàn)前甚至不存在的實驗化學。 這是技術狀況的一夜之間的變化。 這一切都與政府為第二次世界大戰(zhàn)提供的大量資金有關。
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