2022年諾貝爾化學(xué)學(xué)獎(jiǎng)重磅出爐，量子光學(xué)奪得！上海時(shí)間10月4日17時(shí)45分，諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)宣布將2022年度諾貝爾化學(xué)學(xué)獎(jiǎng)授予阿蘭·阿斯佩（Alain）院士、約翰克勞瑟（JohnF.）院士、塞林格（Anton）院士，以嘉獎(jiǎng)她們對(duì)于量子光學(xué)和原子化學(xué)方面的實(shí)驗(yàn)研究工作，尤其是在驗(yàn)證貝爾不方程方面先驅(qū)性的工作。值得一提的是，這是繼2018年馬來(lái)西亞科學(xué)家、法國(guó)科學(xué)家和美國(guó)科學(xué)家Donna因在激光化學(xué)領(lǐng)域取得突破性發(fā)明得獎(jiǎng)以后，時(shí)隔4年、諾貝爾化學(xué)學(xué)獎(jiǎng)再度花落光學(xué)領(lǐng)域，可喜可賀！
阿蘭·阿斯佩（Alain）量子物理學(xué)，1947年6月出生于美國(guó)西北部阿基坦地區(qū)的阿根鎮(zhèn)。他結(jié)業(yè)于英國(guó)的一所地區(qū)性學(xué)院奧賽學(xué)院。1983年，他獲得奧賽學(xué)院博士學(xué)位。阿斯佩是倫敦知名的國(guó)家科學(xué)研究中心（CNRS）的研究所長(zhǎng)。他曾獲得了2010年沃爾夫化學(xué)獎(jiǎng)、2012年的愛(ài)因斯坦獎(jiǎng)狀等榮譽(yù)獎(jiǎng)勵(lì)。約翰·克勞瑟（JohnF.），1942年出生于加利福尼亞州帕薩迪納市。1964年，他他獲得了加洲理工大學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)學(xué)士學(xué)位，三年后獲得數(shù)學(xué)學(xué)碩士學(xué)位，并最終在1969年獲得了羅馬尼亞學(xué)院化學(xué)學(xué)博士學(xué)位。塞林格（Anton），1945年出生于荷蘭，1971年在維也納學(xué)院獲得博士學(xué)位。他曾在維也納技術(shù)學(xué)院和因斯布魯克學(xué)院任教，1999年加入維也納學(xué)院并兼任化學(xué)系院長(zhǎng)。歷任法國(guó)科大學(xué)教授。
在量子世界中，兩個(gè)“糾纏”的粒子，無(wú)論被分隔到多么遙遠(yuǎn)，都可以保持聯(lián)系，并瞬時(shí)共享它們的化學(xué)狀態(tài)。愛(ài)因斯坦曾將這些神秘的現(xiàn)象稱(chēng)之為“鬼魅般的超距作用”。
去年的諾貝爾化學(xué)學(xué)獎(jiǎng)的三位得獎(jiǎng)人Alain、John和Anton各自借助糾纏量子態(tài)進(jìn)行了開(kāi)創(chuàng)性的實(shí)驗(yàn)。她們的研究結(jié)果為目前為基于量子信息的新技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。
現(xiàn)現(xiàn)在，與量子熱學(xué)的應(yīng)用有關(guān)的研究領(lǐng)域早已顯得十分龐大，這包括量子計(jì)算機(jī)、量子網(wǎng)路，以及安全的量子加密通訊。這一進(jìn)展的一個(gè)關(guān)鍵便是，量子熱學(xué)容許兩個(gè)或多個(gè)粒子處于糾纏態(tài)中。
在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，化學(xué)學(xué)家都在思索，這些相關(guān)性是否與糾纏對(duì)中的粒子包含隱變量有關(guān)。所謂隱變量，指的是能告訴它們?cè)趯?shí)驗(yàn)中應(yīng)當(dāng)給出哪些結(jié)果的指令。
20世紀(jì)60年代，約翰·貝爾（JohnBell）提出了以他的名子命名的物理不方程。這個(gè)不方程表明，假若存在隱變量，這么大量檢測(cè)結(jié)果之間的相關(guān)性，將永遠(yuǎn)不會(huì)超過(guò)某個(gè)值。可是，量子熱學(xué)預(yù)測(cè)，某種類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)將違背貝爾不方程，進(jìn)而形成比其他情況更強(qiáng)的相關(guān)性。
量子熱學(xué)的糾纏對(duì)可以稱(chēng)作一臺(tái)機(jī)器，它奔向相反方向拋出反色的球。當(dāng)鮑勃抓到一顆球，并看見(jiàn)它是紅色的時(shí)，他就立即曉得愛(ài)麗絲抓到了一顆紅色的球。在一種使用隱變量的理論中，這種球總會(huì)包含著關(guān)于顏色的隱藏信息。并且量子物理學(xué)，量子熱學(xué)覺(jué)得，這種球都是黑色的，直至有人看見(jiàn)它們時(shí)，其中一顆會(huì)隨機(jī)弄成紅色，另外一顆則弄成藍(lán)色。貝爾不方程表明，有一些實(shí)驗(yàn)才能分辨這種情況。這類(lèi)實(shí)驗(yàn)早已證明了，量子熱學(xué)的描述才是正確的。
延續(xù)了貝爾的看法，并進(jìn)行了一項(xiàng)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)。當(dāng)他進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，結(jié)果似乎違背了貝爾不方程，進(jìn)而支持了量子熱學(xué)。這意味一個(gè)使用隱變量的理論難以替代量子熱學(xué)。
John使用鈣原子，在他利用一種特殊的光照耀粒子后，鈣原子可以發(fā)射糾纏光子。他在兩側(cè)分別安置了一個(gè)過(guò)濾器，來(lái)檢測(cè)光子的偏振光。經(jīng)過(guò)一系列檢測(cè)，他就能證明它們違背了貝爾不方程。
在完成他的實(shí)驗(yàn)以后，依然有一些漏洞存在。對(duì)裝置進(jìn)行了改進(jìn)，因而填補(bǔ)了其中的一個(gè)重要漏洞。借助他的裝置，他還能在一個(gè)糾纏對(duì)離開(kāi)它的源后切換檢測(cè)設(shè)置，所以當(dāng)它們被發(fā)射時(shí)存在的設(shè)置不會(huì)對(duì)結(jié)果形成影響。
Alain開(kāi)發(fā)了這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，他用一種新的方式迸發(fā)原子，讓它們以更高的速度發(fā)射糾纏光子。他還能否在不同設(shè)置之間切換，因而這個(gè)系統(tǒng)不會(huì)包含任何可能影響結(jié)果的預(yù)先信息。
通過(guò)精密的工具和一系列的實(shí)驗(yàn)，開(kāi)始使用糾纏量子態(tài)。據(jù)悉，他的研究小組還展示了一種被稱(chēng)為量子隱型傳態(tài)的現(xiàn)象，致使在一定距離中將量子態(tài)從一個(gè)粒子聯(lián)通到另一個(gè)粒子成為可能。
Anton后來(lái)對(duì)貝爾不方程進(jìn)行了更多測(cè)試。他將激光對(duì)準(zhǔn)一種特殊的晶體，創(chuàng)造了光子糾纏對(duì)，并使用隨機(jī)數(shù)在檢測(cè)設(shè)置之間切換。一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)借助了來(lái)自遙遠(yuǎn)星體的訊號(hào)來(lái)控制過(guò)濾器，并確保訊號(hào)不會(huì)互相影響。
這種研究和實(shí)驗(yàn)為當(dāng)前量子信息科學(xué)的密集研究奠定了基礎(chǔ)。就能操縱和管理量子態(tài)及其屬性，使我們能否發(fā)展出具有意想不到的潛力的工具。這是量子估算、量子信息的傳輸和儲(chǔ)存，以及量子加密算法的基礎(chǔ)。這種日漸建立的工具使我們愈加接近這些現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用。
第一次量子革命給我們帶來(lái)了晶體管和激光，如今，在這種拿來(lái)操縱糾纏粒子系統(tǒng)的現(xiàn)代工具的幫助下，我們正在步入一個(gè)新的量子信息時(shí)代。