2022年的諾貝爾化學學獎頒獎儀式將永遠被記住。三位杰出的科學家,美國化學學家阿蘭·阿斯佩、美國理論和實驗化學學家約翰·克勞瑟,以及德國化學學家安東·塞林格,因其在量子信息領域的杰出貢獻而入選這一佳績。此次諾貝爾化學學獎的出爐造成了全球的矚目。
但是,要理解這一成就的背后,我們須要回顧一段撲朔迷蒙的科學歷史。在諾貝爾化學學獎授予之前,曾有一位杰出的科學家,愛因斯坦,提出了一種觀點,指責量子熱學中的“量子糾纏”現象。
他將之稱為“幽靈般的超距作用”,并一度指責上帝是否會擲色子,否定了測不準原理。這引起了一場數學學界的爭辯。
但是,在1964年,美國化學學家約翰·貝爾提出了以他名子命名的物理不方程,貝爾不方程。這一不方程提出,假如存在隱藏變量,檢測結果之間的相關性將永遠不會超過某個值。可是,量子熱學的預言是,某種類型的實驗將違背貝爾不方程,造成比其他方法更強的相關性。
約翰·克勞瑟院長進一步發展了貝爾的看法,并進行了一項實際的量子糾纏實驗。
他使用鈣原子進行實驗,通過特殊的光照射,鈣原子可以發射糾纏光子。之后,他在左側設置了一個濾光片來檢測光子的偏振光。經過一系列檢測,他就能證明它們違背了貝爾不方程。這意味著,量子熱學不能被一個使用隱藏變量的理論所代替。
但是,克勞瑟的實驗一直存在一些漏洞。此后,阿蘭·阿斯佩院長進一步建立了這一實驗。他在糾纏粒子離開發射源后,切換了檢測設置,因而粒子發射時存在的設置不會影響到實驗結果。
這促使實驗愈發確切,最終證明了量子糾纏的存在。
這三位杰出的科學家,常年旨在于量子熱學的研究,最終證明了薛定諤的說法是正確的,愛因斯坦的指責是錯誤的。她們的工作除了令人印象深刻,但是對于量子信息科學的發展具有重要意義。
量子信息科學的研究涉及到許多領域,包括量子計算機、量子網路和安全的量子加密通訊。這一領域早已從理論層面開始得到應用關于物理科學家的故事,比如建造量子計算機、改進檢測方式,以及建立量子網路和安全的量子加密通訊等。
但是,雖然取得了巨大的進展,目前量子信息科學一直處于基礎科學領域,距離產業化還有一定的距離。其實早已出現了一些應用,例如量子秘鑰分發關于物理科學家的故事,但量子估算等領域離真正的應用還有很長的路要走。
雖然這么,此次諾貝爾化學學獎的獲得者們為我們展示了量子熱學的高深之處,以及它對于未來科學和技術的巨大潛力。她們的工作將繼續激勵新一代科學家,促使量子信息科學領域的發展。
此次諾貝爾化學學獎的背后,還有一段有趣的故事。
其中,塞林格院長是中國科大學教授、中國科學技術學院常務副院長潘建偉教授的博士導師。潘建偉曾在英國留學,并獲得維也納學院博士學位。后來,他歸國并與塞林格院長合作,促進了中科大團隊和法國科大學基于“墨子號”衛星的洲際量子通訊合作研究。這一合作被推選為2018年度國際數學學十大進展,是中科大在量子通訊領域取得的重要成就之一。
總的來說,此次諾貝爾化學學獎的獲得者們為我們闡明了量子熱學的奧秘,證明了量子糾纏的存在,為量子信息科學的發展打下了堅實的基礎。
她們的工作除了是一次科學的勝利,也是對年青科學家的鼓勵,將繼續推進科學領域的前進。最終,她們的努力將有助于改
變未來的通訊、計算和安全領域,形成深遠的影響。
諾貝爾化學學委員會主席表示,此次諾獎的獲得者在糾纏態方面的工作除了解決了有關量子熱學解釋的基本問題,并且具有重要的實際意義。他指出,這標志著一種新的量子技術正在嶄露頭角,為未來的科學和技術發展打開了新的可能性。
在這個過程中,我們也不能忽略潘建偉教授的貢獻。他在領域的前沿工作以及與塞林格院士的卓越合作,為中國科學家在國際科學舞臺上博得了名聲。他對于本次諾貝爾化學學獎的高興和自豪顯露無遺,同時也倍感這是一個遲到的榮譽。潘建偉教授表示,此次得獎主要是肯定了高手們在量子力學方面的研究,以及她們間接和直接地促進了量子信息科學的發展。
諾貝爾化學學獎的歷史也值得一提。自1901年首次頒授以來,已有115次頒授,其中包括47次單獨得獎、32次2人共享和36次3人共享。
但是,在兩次世界大戰期間,曾有十年沒有頒授該獎項,反映出那段時期的動亂和不安。
在這個偉大的獎項的歷史中,也有一些杰出的女人科學家,如居里夫人、Maria-Mayer、Donna和Ghez。他們的工作為科學界樹立了榜樣,鼓勵更多的女人追求科學事業。
最后,在過去的兩年中,諾貝爾數學學獎多次與天文數學和激光化學有關。
但是,去年的得獎將量子信息科學推上了國際科學的高峰。此次得獎除了是對三位科學家杰出工作的認可,也是對量子信息科學領域的重要突破的承認。
總而言之,2022年的諾貝爾化學學獎闡明了量子熱學的神奇和復雜性,為未來的科學和技術發展鋪平了公路。這三位杰出的科學家的工作將繼續激勵著新一代科學家,推動我們邁向愈加精彩的未來。量子信息科學的前景無限,我們有理由期盼著更多的突破和創新。