今年诺贝尔物理学奖“花落”量子力学。瑞典皇家科学院4日宣布,将2022年诺贝尔物理学奖授予法国科学家阿兰·阿斯佩、美国科学家约翰·克劳泽和奥地利科学家安东·蔡林格。量子力学作为一个新兴理论在上个世纪与其他理论之间有着长期的“交锋”,爱因斯坦曾一度质疑这一理论的合理性。这次共享物理诺奖的三人曾用实验反驳了爱因斯坦的质疑。
诺贝尔物理学奖评委汉森4日在现场解读得奖成果。
综合北京《新京报》、香港《大公报》报道,量子力学主要研究微观事物,与相对论一同被认为是现代物理学的两大基本支柱。量子纠缠则是量子力学中的一个概念,指通过某种方式制备出来的两个或多个粒子之间有一种“超距作用”,无论相距多远都会互相关联。量子力学认为,在有人进行观测之前,处于纠缠态的粒子并无固定形态,但一旦其中一个粒子被观测到,与之关联的其他粒子会自动呈现出对应特征。
爱因斯坦曾不相信存在“鬼魅般的超距作用”,认为量子力学对客观世界的描述不完备,或许粒子带有某种隐藏变量。量子力学另一个创始人波尔则认为这种奇异现象是存在的。1964年,北爱尔兰物理学家贝尔提出“贝尔不等式”,指出若存在隐藏变量,则大量实验结果得出的相关性数据不会超过某个数值;若量子力学是正确的,那么就将有实验证明这个不等式不成立。
今年的获奖者们,探索了这些纠缠的量子态。
克劳泽率先进行实验,测量被发射到不同方向的一对纠缠态粒子的极化情况。他于1972年发表的实验结果表明贝尔不等式可以被违反。克劳泽回忆说,自己最初其实支持爱因斯坦的观点,但“遗憾的是,我错了,爱因斯坦错了,波尔才是对的”。
阿斯佩则进一步填补了克劳泽实验中的重要©洞。
蔡林格后来对贝尔不等式进行了更多的实验验证。其中一项实验使用了来自遥远星系的信号来控制滤波器,确保信号不会相互影响,进一步证实了量子力学的正确性。蔡林格和同事还利用量子纠缠展示了一种称为量子隐形传态的现象,即将量子态从一个粒子转移到另一个粒子。其团队还在量子通信等方面有诸多研究进展。
诺奖官方公报说,世界各地的研究人员已经发现了许多利用量子力学强大特性的新方法,而这些都得益于今年三位获奖者的贡献。他们扫除了贝尔不等式等“拦路虎”,这也是为什么公报称赞“他们的结果为基于量子信息的新技术扫清了道路”。