新華社上海10月4日電以量子估算和量子通訊為代表的第二次量子革命、曾被愛因斯坦指責(zé)的量子糾纏、中國在全球率先發(fā)射的量子衛(wèi)星……這些都是與剛才出爐的2022年諾貝爾化學(xué)學(xué)獎(jiǎng)相關(guān)的熱門話題。
日本皇家科大學(xué)4日宣布，將2022年諾貝爾化學(xué)學(xué)獎(jiǎng)授予美國科學(xué)家阿蘭·阿斯佩、美國科學(xué)家約翰·克勞澤和德國科學(xué)家安東·蔡林格諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)2023量子糾纏解讀，以嘉獎(jiǎng)她們在“糾纏光子實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證違背貝爾不方程和開創(chuàng)量子信息科學(xué)”方面所作出的貢獻(xiàn)。
10月4日，在瑞士斯德哥爾摩舉辦的2022年諾貝爾化學(xué)學(xué)獎(jiǎng)公布現(xiàn)場，屏幕上顯示獎(jiǎng)項(xiàng)得主阿蘭·阿斯佩（左）、約翰·克勞澤（中）和安東·蔡林格的相片。新華社記者任鵬飛攝
量子熱學(xué)從上世紀(jì)初誕生以來，催生了晶體管、激光等重大發(fā)明，這被科學(xué)界稱為第一次量子革命。最近，以量子估算和量子通訊為代表的第二次量子革命又在盛行。英國皇家科大學(xué)在諾獎(jiǎng)公報(bào)中說，去年三位得獎(jiǎng)?wù)咴诹孔蛹m纏實(shí)驗(yàn)方面的貢獻(xiàn)，“為當(dāng)前量子技術(shù)領(lǐng)域正發(fā)生的革命奠定了基礎(chǔ)”。
量子糾纏常年是量子熱學(xué)中最具爭議的問題之一。量子糾纏是一種奇怪的量子熱學(xué)現(xiàn)象，處于糾纏態(tài)的兩個(gè)量子不論相距多遠(yuǎn)都存在一種關(guān)聯(lián)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)2023量子糾纏解讀，其中一個(gè)量子狀態(tài)發(fā)生改變，另一個(gè)的狀態(tài)會(huì)瞬時(shí)發(fā)生相應(yīng)改變。
在很長一段時(shí)間里，以愛因斯坦為代表的部份化學(xué)學(xué)家對量子糾纏持懷疑心態(tài)，愛因斯坦稱其為“鬼魅般的超距作用”。她們覺得量子理論是“不完備”的，糾纏的粒子之間存在著某種人類還沒觀察到的互相作用或信息傳遞，也就是“隱變量”。
20世紀(jì)60年代，化學(xué)學(xué)家約翰·貝爾提出可拿來驗(yàn)證量子熱學(xué)的“貝爾不方程”。假如貝爾不方程仍舊創(chuàng)立，這么量子熱學(xué)可能被其他理論取代。
為了對貝爾不方程進(jìn)行驗(yàn)證，日本科學(xué)家約翰·克勞澤設(shè)計(jì)了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，其中使用特殊的光照射鈣原子，由此發(fā)射糾纏的光子，再使用濾光片來檢測光子的偏振光狀態(tài)。經(jīng)過一系列檢測，克勞澤就能證明實(shí)驗(yàn)結(jié)果違背了貝爾不方程，且與量子熱學(xué)預(yù)測相符。
但這個(gè)實(shí)驗(yàn)具有局限性，誘因包括實(shí)驗(yàn)裝置在形成和捕獲粒子方面效率較低、濾光片處于固定角度等。在此基礎(chǔ)上，瑞士科學(xué)家阿蘭·阿斯佩設(shè)計(jì)了新版本的實(shí)驗(yàn)，檢測療效更好。阿斯佩彌補(bǔ)了克勞澤實(shí)驗(yàn)的重要漏洞，并提供了一個(gè)十分明晰的結(jié)果：量子熱學(xué)是正確的，且沒有“隱變量”。
法國科學(xué)家安東·蔡林格后來對貝爾不方程進(jìn)行了更多的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。其中一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)使用了來自遙遠(yuǎn)星體的訊號(hào)來控制檢波器，確保訊號(hào)不會(huì)互相影響，進(jìn)一步否認(rèn)了量子熱學(xué)的正確性。蔡林格和朋友還借助量子糾纏展示了一種稱為量子隱型傳態(tài)的現(xiàn)象，正式量子態(tài)從一個(gè)粒子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)粒子。其團(tuán)隊(duì)還在量子通訊等方面有眾多研究進(jìn)展。
其中一項(xiàng)重要成果就是，2017年中國與俄羅斯科學(xué)家利用中國的“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星，成功施行世界首次量子保密的洲際視頻通話。這也是為何諾貝爾化學(xué)學(xué)獎(jiǎng)評(píng)委托爾斯·漢斯·漢森在現(xiàn)場剖析得獎(jiǎng)成果時(shí)，展示了一張富含中國量子衛(wèi)星的圖片，其上顯示了中國和亞洲之間的洲際量子通訊實(shí)驗(yàn)。
諾獎(jiǎng)官方公報(bào)說，世界各地的研究人員早已發(fā)覺了許多借助量子力學(xué)強(qiáng)悍特點(diǎn)的新方式，而那些都得益于去年三位得獎(jiǎng)?wù)叩呢暙I(xiàn)。她們掃除了貝爾不方程等“攔路虎”，這也是為何公報(bào)贊揚(yáng)“他們的結(jié)果為基于量子信息的新技術(shù)掃清了公路”。（記者馮玉婧）