獲得諾貝爾化學獎的三位科學家——法國科學家阿蘭·阿斯佩、美國科學家約翰·克勞斯和奧地利科學家安東·塞林格——通過開創性的實驗證明了處于糾纏勢態的粒子，三位獲獎者開發的實驗工具也為量子技術的新時代奠定了基礎。
Alan Aspe（左）、John （中）、Anton （右）。圖片來源：諾貝爾獎官網
你懂“糾纏”嗎
在所謂的“糾纏對”中，一個粒子發生的事情決定了另一個粒子發生的事情（無論相距多遠）。 這是什么意思？
糾纏示意圖。
量子力學的基礎不僅僅是一個理論或哲學問題。 它與量子計算機、改進的測量、量子網絡和量子加密通信密切相關，這些在世界范圍內正在集中開發，以建立在單個粒子系統的特殊屬性之上。
上述所有應用都依賴于量子力學如何允許兩個或多個粒子以共享狀態存在，即使它們相隔數千英里。
這稱為糾纏。
自該理論提出以來諾貝爾物理學獎2023量子糾纏，它仍然是量子力學中爭論最多的要素之一。
兩對糾纏粒子從不同的來源發射。 每對中的一個粒子以一種特殊的方式相互糾纏并聚集在一起。 之后，另外兩個粒子（圖中的 1 和 4）也發生糾纏。 通過這些方法，兩個從未接觸過的粒子可以糾纏在一起。
阿爾伯特愛因斯坦稱之為“幽靈般的超距作用”，埃爾溫薛定諤稱其為量子力學最重要的特征。
去年的獲獎者探索了這種糾纏的量子態，他們的實驗為基于量子信息的新技術掃清了道路，為當前正在進行的量子技術革命奠定了基礎。
持續解決漏洞
一個長期存在的問題是相關性是否是由于包含隱藏變量的糾纏對中的粒子造成的。 在 1960 年代，約翰·斯圖爾特·貝爾提出了以他的名字命名的物理方程式。 這說明如果存在隱變量，大量檢測結果之間的相關性永遠不會超過某個值。 然而，量子量熱法預測某些類型的實驗將違反貝爾方程，從而導致比其他方法更強的相關性。
糾纏對的量子熱力學類似于將顏色相反的球扔向相反方向的機器。 當 Bob 接住一個球并且看到它是紅色的時，他立即知道 Alice 接住了一個紅色的球。 在使用隱藏變量的理論中，球總是包含關于顯示哪些顏色的隱藏信息。 然而，量子熱力學表明，這些球是白色的，直到當有人看著它們時，一個隨機地變成紅色，另一個隨機地變成藍色。 貝爾不等式關系表明存在可以解決這些情況的實驗。 這樣的實驗證明了對量子熱的描述是正確的。
約翰·克勞斯 ( ) 發展了貝爾的想法，并在實際實驗中對其進行了測試，該實驗通過顯著違反貝爾方程來支持量子熱。 這意味著量子熱不能被使用隱藏變量的理論所取代。
約翰克勞斯的研究示意圖。
經過 John 的實驗，仍然存在一些漏洞。 艾倫·阿斯佩 (Alan Aspe) 開發了一種新設置，并以一種填補重要漏洞的方式使用了它。 他能否在糾纏對離開源后切換檢測設置，以便在發射時不影響結果。
Alan Aspey 的研究示意圖。
使用改進的工具和一系列常年實驗，安東塞林格的團隊在糾纏量子態的幫助下展示了一種稱為量子隱形傳態的現象，它可以將量子態從一個粒子傳送到另一個粒子。
安東塞林格研究示意圖。
“糾纏態”正從理論走向技術
量子熱得到應用，形成了一個非常廣闊的研究領域，包括量子計算機、量子網絡和更安全的量子加密通信。
然而諾貝爾物理學獎2023量子糾纏，從實用的角度來看，量子糾纏所代表的是一種巨大的資源。 科學家對量子糾纏漏洞的不滿，始于各個階段缺乏適用性。
諾貝爾化學委員會主席安德斯·伊爾貝克這樣總結道：“越來越明顯的是，一種新型的量子技術正在出現。我們可以看到，獲獎者在糾纏態方面的工作非常重要，甚至超越有關量子熱解釋的基本問題。”