2022年諾貝爾化學學獎為什么頒給了這三位？
“今年諾貝爾化學學獎頒給這三個人，確實毫不意外。”10月4日上午，中科院化學所原研究員、北京匯聚態數學國家研究中心原首席科學家、上海交通學院李政道研究所講席院長丁洪在接受新京報記者專訪時表示，這三位科學家得獎也屬于眾望所歸。
上海時間10月4日上午，法國皇家科大學宣布，將2022年諾貝爾化學學獎頒給美國科學家阿蘭·阿斯佩（Alain）、美國科學家約翰·克勞澤（JohnF.）和德國科學家安東·蔡林格（Anton），以嘉獎她們在“糾纏光子實驗、驗證違背貝爾不方程和開創量子信息科學”方面所做出的貢獻。她們將平均分享1000萬澳大利亞盧布（約合人民幣647億元）的獎金。
丁洪表示，這三位科學家的研究價值主要有兩方面，一是證明了量子具有糾纏性，也就是證明量子熱學是正確的，這也就證明了愛因斯坦的一個錯誤；二是她們的開創性實驗，為今后量子信息技術尤其是量子通訊的發展鋪平了公路。
得獎者是誰？
阿斯佩、克勞澤、蔡林格兩人獲得諾貝爾化學學獎在許多人的預料之內。主要是由于，兩人2010年就曾同獲沃爾夫數學學獎，嘉獎她們在量子糾纏領域的成就，為量子通訊和量子估算等量子信息技術構建了基礎。
12年以后，三位科學家由于其在量子信息科學技術方面的貢獻同獲諾貝爾化學學獎。
諾貝爾化學學獎委員會在10月4日的申明中表示，阿斯佩、克勞澤和蔡林格使用糾纏量子態進行了開創性實驗，否認了研究和控制處于糾纏狀態的粒子的潛力。這一試驗結果為量子信息相關新技術的發展掃清了障礙。
現年75歲的阿蘭·阿斯佩是波蘭化學學家、巴黎薩克萊學院和倫敦綜合理工大學院士、法國科大學教授，同時也是臺灣城市學院臺灣高等研究院中級研究員。
據臺灣城市學院官網介紹諾貝爾物理學獎都是理論物理，阿斯佩以其闡明量子熱學最有趣特點的實驗而享譽。1982年，他對糾纏光子的貝爾不方程測試推進解決了愛因斯坦（）和玻爾（NielsBohr）之間關于量子熱學的爭辯。
約翰·克勞澤1942年12月出生于法國加利福尼亞州，是馬來西亞著名實驗化學學家和理論化學學家。
據他的官網介紹，克勞澤最出名的是他對量子熱學基礎的貢獻，尤其是他提出的克勞澤-霍恩-西蒙尼-霍爾特不方程（CHSH）、第一個通過實驗證明非局部量子糾纏的真實性，以及打造了局部現實主義理論。
安東·蔡林格現年77歲，是德國量子化學學家、維也納學院化學學院士、奧地利科大學量子光學與量子信息研究所中級科學家。
據俄羅斯科大學官網介紹諾貝爾物理學獎都是理論物理，蔡林格因其對量子化學學基礎在概念和實驗方面開創性的貢獻著稱，尤其是他在量子糾纏領域的實驗和理論工作廣受認可。
當地時間2022年10月4日，美國斯德哥爾摩，丹麥皇家科大學公布諾貝爾化學學獎得主。圖/ICphoto
證明愛因斯坦錯了？
量子熱學作為一個新興的理論在上個世紀與其他理論之間有著常年的“交鋒”，偉大的化學學家愛因斯坦也曾一度指責這一理論的合理智。
據成都理工學院化學大學量子技術研究中心院長尹璋琦介紹，1935年，愛因斯坦、波多斯基和羅森兩人提出了一個佯謬，強調要么量子理論是不完備的，要么量子力學會引起超光速的作用，與局域性相違逆。這被叫做EPR佯謬，由于兩人姓名的首字母分別是E、P、R三個字母。
依照量子理論，微觀粒子可以處于量子疊加態。例如說電子載流子有向下和向上兩種狀態，這兩種載流子態可以處于任意的疊加態。假如有兩個電子，兩個電子的載流子態有四種可能：上上、下下、上下和下上。把它們制備到互相糾纏的狀態，載流子同時向下和同時向上的疊加態。當檢測出一個電子的載流子是向下（向上）的，這么另外一個電子的載流子態就塌縮到向下（向上）的狀態，不論電子之間的距離究竟有多遠。這個塌縮的是瞬時的，傳遞速率趕超了光速。最新的實驗表明，這個超距互相作用傳遞速率起碼是光速的一萬倍。
“就好比一個電子在月球上，一個在地球上，雖然二者距離十分遠，但假如對月球電子的載流子進行檢測是向下的，則可以曉得月亮上的電子載流子也是朝上的。”清華學院化學系院長、北京量子信息科學研究院副教授龍桂魯告訴新京報記者，在愛因斯坦看來，這些超距互相作用是不可思議的。“現在看來，糾纏是量子熱學體系特有的狀態，在精典化學中是沒有這些狀態的。”
據尹璋琦介紹，作為愛因斯坦思想的承繼人，1952年玻姆在標準量子理論中加入了精典的“隱變量”，把它變為了一個完全決定性的理論。
所以，很長一段時間，問題的關鍵在于認清楚這些相關性是否是由于糾纏對中的粒子包含隱藏變量，因而“指示”它們在實驗中的表現。1960年代，約翰·斯圖爾特·貝爾提出了貝爾不方程，指的是假如存在隱藏變量，則大量的檢測結果之間的相關性永遠不小于2。但量子熱學預測某種類型的實驗將違背貝爾不方程，最大值可以到2倍的根號2（約等于2.848）。一旦實驗檢測的結果小于2，就意味著局域隱變量理論是錯誤的。貝爾不方程的誕生，宣告了量子理論的局域性爭議，從帶哲學色調純粹思辨變為實驗可證偽的科學理論。
隨后，本屆諾貝爾化學學獎二人分別進行了驗證貝爾不方程的實驗。
1972年，約翰·弗朗西斯·克勞澤等人完成第一次貝爾定律實驗，因存在定域性漏洞，即糾纏的粒子之寬度離太小，不足以說明糾纏的非局域性，結果不具有勸說力。1982年，貝爾不方程得到阿蘭·阿斯佩等人驗證，量子理論勝出。但這種實驗中一直存在漏洞。1998年，安東·蔡林格等人在英國因斯布魯克學院完成貝爾定律實驗，徹底排除定域性漏洞。并且實驗用的單光子偵測器效率不夠高，難以排除檢測帶來的漏洞。
科學家仍然在為完成無漏洞貝爾不方程遵守的實驗而努力。
2015年，西班牙代爾夫特學院化學學家羅納德·漢森()研究組報導了她們在金鋼石色心系統中完成的驗證貝爾不方程的實驗。要防止局域性漏洞，只需把兩個金鋼石色心放置在相距1.3公里的兩個實驗室。借助糾纏光子對和糾纏交換技術，她們實現了金鋼石色心電子之間的糾纏，同時解決了局域性漏洞與檢測漏洞。這個實驗也宣告了局域隱變量理論的死緩，量子非局域性是真實的。緊接著，德國SaeWooNam等人、奧地利的安東·蔡林格研究組也分別完成了無漏洞貝爾不方程遵守的實驗。
“簡單來說，去年諾獎三位科學家證明了量子具有糾纏性，某種程度上來說也就是證明了愛因斯坦的一個錯誤，由于他是反對這一點的。”丁洪表示，“幾位科學家上世紀七八十年代就完成了基本的實驗，但到明年才基本全部完成驗證。”
這項研究的價值在哪里？
尹璋琦稱，無漏洞的貝爾不方程驗證實驗，為未來量子秘鑰分發技術提供了技術儲備。復旦學院化學系院長、北京量子信息科學研究院副教授龍桂魯稱，這次獲得諾獎的兩人于2010年獲得沃爾夫獎，此前也是諾獎的熱門人選。
“這三位科學家對量子糾纏的研究，最大的現實應用價值就在于加快現代量子信息技術的發展，尤其是量子通訊和量子估算。”丁洪對新京報記者解釋道。
諾貝爾獎官網介紹稱，當前，量子熱學漸漸開始得到應用，關于量子計算機、量子網路、量子加密通訊的研究越來越得到注重。
推動量子信息技術發展的一個關鍵影響誘因就是，量子熱學怎么容許兩個或多個粒子以糾纏狀態存在——因為糾纏對中一個粒子的狀態會決定另一個粒子的狀態，雖然它們相距十分遙遠。
他進一步強調，從具體應用來看，這三位科學家通過開創性的實驗證明，量子糾纏具有非定域性，也就是說量子糾纏可以在很遠的距離進行超光速的傳輸，借助這一點，人們可以舉辦量子通訊和量子密碼的研究。
諾貝爾化學學委員會主席安德斯·伊爾貝克表示，“越來越清楚的是，一種新的量子技術正在出現。我們可以看見，得獎者對糾纏態方面的研究十分重要，甚至超出了關于量子熱學解釋的基本問題。”
目前，研究人員正在推進相關技術的研制，以借助單個粒子系統的特殊特點來建立量子計算機、改進檢測、建立量子網路并發展安全的量子加密通訊。
圖片來自諾貝爾獎官網。
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諾貝爾化學學獎小知識
諾貝爾化學學獎是阿爾弗雷德·諾貝爾在其遺贈中提及的第一個獎項。從1901年至2021年，諾貝爾化學學獎已頒授過115次，其中47次授予單一得獎者，32次由兩位得獎者分享，36次由三位得獎者分享。
截止2021年，共有219位諾貝爾獎數學學獎獲得者。其中，法國科學家約翰·巴丁是惟一曾在1956年和1972年兩次獲得諾貝爾化學學獎的得獎者，這意味著共有218人曾獲得諾貝爾化學學獎。
最年青的諾貝爾化學學獎得主是勞倫斯·布拉格，他1915年和丈夫亨利·布拉格共同得獎時年僅25歲。最年長的諾貝爾化學學獎得主是亞瑟·阿斯金，他2018年得獎時已96歲。
在諾貝爾六大獎項中，數學學獎是女人得獎人次第二少的獎項，只少于僅有2名男性得獎的諾貝爾經濟學獎。截止2021年，共有4名男性曾獲得諾貝爾化學學獎，分別是瑪麗·居里（1903年得獎，1911年獲諾貝爾物理獎）、瑪麗亞·梅耶（1963年得獎）、唐娜·斯特里克蘭（2018年得獎）、安德烈婭·蓋茲（2020年得獎）。
據人民網報導，諾貝爾化學學獎主要集中四個領域：粒子化學、天體化學、凝聚態化學、原子分子及光化學。但2021年的諾貝爾化學學獎首次頒給了氣候學家真鍋淑郎（）和克勞斯·哈塞爾曼（Klaus），以嘉獎其在“地球氣候建模、量化氣候變化以及對全球變暖的可靠預測”方面的貢獻；喬治·帕里西（）因“在從原子到行星尺度的數學系統中發覺了無序和漲落的互相作用”同獲當初獎項。
新京報記者謝蓮張璐
編輯張樹婧校對柳寶慶付春愔