光子盒研究所出品
10月4日，英國皇家科學大學公布了2022年諾貝爾化學獎獲得者：阿蘭、約翰和安東[1]，以表彰他們在“糾纏光子實驗、建立貝爾不等式的違反和開創性研究”方面取得的顯著成就。量子信息科學”[2]。其中包括中國科學技術大學教授潘建偉的博士生導師。這是諾貝爾獎首次授予量子信息科學。
三位獲獎者均利用糾纏量子態進行了開創性的實驗，其中兩個粒子盡管分開，但仍表現得像一個粒子。 他們的結果為基于量子信息的新技術鋪平了道路。
01
量子信息科學基礎：糾纏態
量子信息科學研究包括量子計算機、量子網絡和安全量子加密通信。
這一發展的關鍵驅動力是量子熱如何允許兩個或更多粒子以糾纏態存在：糾纏對中的一個粒子所發生的情況決定了另一個粒子所發生的情況，即使它們相距很遠。 遠的。
當無人觀看時，顏色是否存在？ 糾纏的量子熱對可以稱為向相反方向扔相反顏色的球的機器。 當鮑勃接住一個球并看到它是灰色的時，他立即知道愛麗絲接住了一個紅色的球。 在使用隱藏變量的理論中，球仍然包含有關顯示哪種顏色的隱藏信息。 然而，量子熱理論認為，這些球是白色的，直到有人觀察它們時，其中一個隨機變成紅色，另一個變成藍色。 貝爾方程表明，有一些實驗可以解決這些情況。 這樣的實驗早已證明了量子熱的描述是正確的。
長期存在的問題是，這些相關性是否是由于糾纏對中的粒子富含隱藏變量，這些隱藏變量是告訴它們在實驗中會發生什么的指令。 20世紀60年代，約翰·貝爾提出了以他的名字命名的物理方程。 這意味著，給定隱藏變量，大量檢測之間的相關性永遠不會超過某個值。 然而，量子熱力學預測某些類型的實驗將違反貝爾方程，從而導致比其他實驗更強的相關性。
約翰發展了約翰·貝爾的想法并進行了實際實驗。 當他測試它們時，它們通過明顯違反貝爾方程來支持量子熱。 這意味著量子熱不能被使用隱變量的理論所取代。
貝爾不等式實驗
經過約翰的實驗量子糾纏2023諾貝爾物理學獎論文，出現了一些漏洞。 阿蘭開發了這個設置量子糾纏2023諾貝爾物理學獎論文，用它來填補一個重要的漏洞。 他能否在糾纏對離開源后切換檢測設置，以便它們發射時存在的設置不會影響結果。
兩對糾纏粒子從不同的來源發射。 每對中的一個粒子以一種特殊的方式聚集在一起，使它們糾纏在一起。 另外兩個粒子（圖中的 1 和 4）也被包圍。 通過這些方法，兩個從未接觸過的粒子可以成為糾纏的對象。
憑借先進的工具和一系列長達數年的實驗，安東開始研究糾纏的量子態。 除此之外，潘建偉所在的研究小組已經展示了一種稱為“量子隱形傳態”的現象，這種現象使得將量子態從一個粒子傳送到一個粒子的遠處成為可能。
“越來越明顯的是，一種新的量子技術正在出現。” 諾貝爾化學委員會主席伊爾巴克說道。 量子熱解釋的基本問題。”
02
三位量子信息科學先驅
三位獲獎學者分別是：Alain、JohnF. 和安東，他們將平分1000萬澳元盧布的獎金。 2010年，他們還共同獲得以色列沃爾夫數學獎[4]。
法國皇家科學大學對三位科學家的評價是：“今年的兩位獲獎者約翰·F.和阿蘭因其在新時代的工作而受到表彰。創造、處理和檢測貝爾對的令人難以置信的環境提供了技術。”第三位獲獎者安東的實驗工作因其對糾纏和貝爾對的創新使用而脫穎而出，這兩項研究都是在好奇心驅動的基礎上進行的，目前仍在量子密碼學等應用中進行研究。”
阿蘭是一位荷蘭化學家，以其量子糾纏的實驗工作而聞名。 1947年出生于英國阿讓，獲得博士學位。 1983年畢業于日本北倫敦奧賽大學； 他現在是德國科技大學的成員和倫敦理工大學的院長。 20世紀80年代初，他在完成博士論文的同時，進行了貝爾測試實驗； 完成貝爾不等式的研究后，他轉向中性原子激光冷卻研究，主要參與玻色-愛因斯坦收斂關聯實驗。
John F. 1942 年出生于法國加利福尼亞州帕薩迪納，1969 年在英國倫敦波蘭學院獲得博士學位。因其對量子熱基礎的貢獻而聞名，特別是 –Horne––Holt 方程 (CHSH)方程）。 1969年至1996年主要在勞倫斯伯克利國家實驗室、勞倫斯利弗莫爾國家實驗室和加州研究所伯克利校區工作； 1972年，他合作：這是第一個違反貝爾不等式的實驗觀察； 1974年，他與霍恩合作，首次證明貝爾定律的推廣對所有局域現實自然理論（又稱客觀局域理論）提供了嚴格約束； 同年，他首次觀測到光的亞泊松統計，從而首次證明光子具有明顯的類粒子特征。
安東是德國量子化學家。 目前，他是維也納科學院化學科學院院士，法國科技大學IQOQI量子光學與量子信息研究所的中級科學家，研究涉及量子糾纏的基礎方面和應用。 他是沃爾夫數學獎（2010 年）、IOP 首屆艾薩克·牛頓獎（2007 年）和費薩爾國王國際獎（2005 年）的獲得者，同時也是七所大學的教授。
從事量子熱力學基礎研究。 他與霍恩一起發現了三粒子態和四粒子態的違反直覺的新特征：他和他的團隊是第一個通過實驗實現這一點的人，這開辟了多粒子干涉和多粒子量子相關領域。 借助這一進展，他首次實現了單個量子位的量子傳輸，并從此實現了糾纏交換：糾纏態被傳輸。
這項工作之后對貝爾方程進行了多次測試，包括宇宙貝爾測試。 其他基礎實驗包括非局域現實理論以及糾纏態非局域薛定諤實驗。
其中許多成果似乎對量子信息技術的發展很感興趣，他還進行了開創性的實驗。 他的量子密集編碼實驗是第一個使用糾纏來證明經典數學中原始的、不可能的實驗。 他還實現了第一個基于糾纏的量子密碼實驗，后來實現了距離越來越遠的量子通信，卻實現了高維態，信息容量越來越大。 可能的應用還包括雙向量子估計和盲量子估計。
[1]
[2]