記者|錢(qián)伯彥
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日本科學(xué)家阿蘭·阿斯佩（Alain）、美國(guó)科學(xué)家約翰·弗朗西斯·克勞澤（JohnF.）以及法國(guó)科學(xué)家安東·塞林格（Anton）共同獲得了本年度諾貝爾化學(xué)學(xué)獎(jiǎng)。
這三位量子信息科學(xué)領(lǐng)域的專(zhuān)家因通過(guò)光子糾纏實(shí)驗(yàn)確定貝爾不方程在量子世界中不創(chuàng)立，并開(kāi)創(chuàng)量子信息科學(xué)而得獎(jiǎng)。
愛(ài)因斯坦與玻爾的斗氣
一切的開(kāi)始始于愛(ài)因斯坦那句知名的“上帝不擲色子”。
在20世紀(jì)初葉云集了幾乎所有著名數(shù)學(xué)學(xué)家的索爾維大會(huì)上，以愛(ài)因斯坦為代表的傳統(tǒng)學(xué)派，與以玻爾為代表的赫爾辛基學(xué)派就前者的量子熱學(xué)展開(kāi)了學(xué)術(shù)闡述。
不同于皆可獲得確定性化學(xué)量的牛頓精典熱學(xué)與相對(duì)論體系，量子熱學(xué)的基本原理之一便是微觀系統(tǒng)可以由波函數(shù)，即本質(zhì)上由機(jī)率構(gòu)成。該微觀系統(tǒng)也因波函數(shù)的存在，而處于不確定之中，直到對(duì)微觀系統(tǒng)進(jìn)行觀察后波函數(shù)頓時(shí)坍縮并擁有宏觀世界中常見(jiàn)的某一確定狀態(tài)。
這一波函數(shù)的存在，也意味著微觀系統(tǒng)既可以按照波函數(shù)疊加，也在波函數(shù)坍縮之前擁有不確定的多個(gè)狀態(tài)。這一不確定的隨機(jī)性也被愛(ài)因斯坦視為上帝創(chuàng)世時(shí)不可能犯下的錯(cuò)誤，即上帝不擲色子。英國(guó)化學(xué)學(xué)家薛定諤（1887年—1961年）在這一基礎(chǔ)上也構(gòu)思出了著名的思想實(shí)驗(yàn)——既死又活的薛定諤的貓。
1935年量子通訊速度，為了剿滅玻爾的量子熱學(xué)，愛(ài)因斯坦更進(jìn)一步構(gòu)思了另一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)：EPR佯謬。
該佯謬假定某對(duì)粒子處于量子糾纏態(tài)，比如某一大粒子在理想情況下衰變?yōu)锳B兩個(gè)粒子，因?yàn)榻莿?dòng)量守恒定理的存在，二者的載流子之和可假設(shè)為零。若將粒子的載流子這一數(shù)學(xué)量視為信息的載體，在這對(duì)粒子以相反方向離去，仍處于量子疊加態(tài)的A粒子載流子將在被觀察時(shí)波函數(shù)坍縮。而因?yàn)锳B粒子處于糾纏態(tài)，因而B(niǎo)粒子的波函數(shù)也將在頓時(shí)坍縮。
若這對(duì)粒子之寬度離為以光年估算，則它們的信息載體事實(shí)上在某一粒子波函數(shù)坍縮的頓時(shí)達(dá)成了超距傳輸，這么就違背了光速為宇宙最大速率的定理。
從貝爾不方程到諾貝爾獎(jiǎng)
因?yàn)楹諣栃粱鶎W(xué)派未能完美地回答愛(ài)因斯坦提出的EPR佯謬，因而假定有仍未被發(fā)覺(jué)或觀測(cè)的變量存在的“隱變量理論”就登上了歷史舞臺(tái)。在實(shí)驗(yàn)化學(xué)學(xué)技術(shù)仍未得到突破的1960年代曾經(jīng)，無(wú)法被證偽的“隱變量理論”一度成為量子熱學(xué)的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。
1964年美國(guó)化學(xué)學(xué)家約翰·貝爾提出了在精典熱學(xué)中創(chuàng)立、量子熱學(xué)中不創(chuàng)立的貝爾不方程。
日本科學(xué)家約翰·弗朗西斯·克勞澤隨后首先對(duì)貝爾不方程進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。英國(guó)科學(xué)家阿蘭·阿斯佩又首次于1982年在精確意義上對(duì)EPR佯謬做出檢驗(yàn)，并證明了貝爾不方程的不創(chuàng)立以及量子熱學(xué)的正確性。
被打破的貝爾不方程除了為兩位化學(xué)學(xué)家克勞澤和阿斯佩帶來(lái)的明年的化學(xué)學(xué)獎(jiǎng)，也意味著愛(ài)因斯坦那種看似荒誕的EPR佯謬真實(shí)存在，惟一的問(wèn)題僅在于波函數(shù)坍縮為單純機(jī)率風(fēng)波，另一端的觀察者也難以判定某粒子的化學(xué)量到底是已坍縮狀態(tài)，還是在自己的觀察下發(fā)生坍縮。因而基于量子糾纏的超光速超距瞬時(shí)通訊并不可行，通過(guò)量子糾纏通道傳遞的信息本質(zhì)上為無(wú)效信息，并不違背宇宙有效信息傳遞速率上限為光速的定律。
其實(shí)類(lèi)似《三體》之中三體人通過(guò)量子糾纏實(shí)現(xiàn)超距通訊以控制質(zhì)子完成對(duì)月球侵略的橋段并不會(huì)發(fā)生，而且這并不代表著量子通訊只是鏡月水花。
作為量子信息科學(xué)研究的突破者量子通訊速度，德國(guó)科學(xué)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型傳態(tài)的試驗(yàn)。與超光速信息傳輸不同，量子隱型傳態(tài)似乎使用某一量子態(tài)作為信息載體，但仍須要在AB糾纏粒子對(duì)之外的C粒子作為媒介以及精典信道（即目前廣泛使用的電磁波通訊）的輔助。
塞林格在量子通訊領(lǐng)域的突破背后，也有著其1997年所帶的博士生中國(guó)學(xué)者潘建偉的貢獻(xiàn)。
回國(guó)以后的潘建偉于2009年成功實(shí)現(xiàn)了世界上最遠(yuǎn)距離的量子態(tài)隱型傳輸，后于2012年在南京建成了世界上首個(gè)規(guī)模化量子通訊網(wǎng)路。2016年他任首席科學(xué)家的墨子號(hào)量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星成功發(fā)射，舉辦世界上首次衛(wèi)星和地面之間的量子通訊。
2019年，潘建偉領(lǐng)導(dǎo)的中科大團(tuán)隊(duì)再次與其導(dǎo)師塞林格的維也納學(xué)院團(tuán)隊(duì)合作，在國(guó)際上首次成功實(shí)現(xiàn)高維度量子體系的隱型傳態(tài)。該次合作也成為了本屆諾貝爾化學(xué)學(xué)獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)典禮上的壓軸技術(shù)實(shí)用案例。