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法美奥物理学家分享诺贝尔奖

【欧洲时报王简编译】10月4日,2022年诺贝尔物理学奖被授予法国科学家阿兰·阿斯佩(Alain Aspect),美国科学家约翰·弗朗西斯·克劳泽(John F.Clauser)和奥地利科学家安东·塞林格(Anton Zeilinger),以表彰他们为纠缠光子实验、证明违反贝尔不等式和开创性的量子信息科学所作出的贡献。

据报道,瑞典皇家科学院表示,他们的工作为量子技术的新时代奠定了基础。诺贝尔物理学奖委员会主席安德斯·伊尔贝克表示:“一种新的量子技术正在出现——这一事实越来越明显。我们可以看到,获奖者对纠缠态的研究非常重要,甚至超越了解释量子力学的基本问题。”

阿斯佩:科学大家庭反对民族主义

据法新社报道,和美国、奥地利科学家同获2022年物理学奖的法国科学家阿兰·阿斯佩呼吁国际学术界与在全世界范围内崛起的“民族主义”做斗争。

10月4日,在瑞典斯德哥尔摩举行的2022年诺贝尔物理学奖公布现场,屏幕上显示奖项得主阿兰·阿斯佩(左)、约翰·克劳泽(中)和安东·蔡林格的照片。据诺贝尔官网介绍,阿斯佩1947年出生于法国;克劳泽1942年出生于美国;塞林格1945年出生于奥地利。今年诺贝尔物理学奖的奖金为1000万瑞典克朗,由获奖者平分。(法新社图)

75岁的阿尔佩在10月4日接受诺贝尔基金会访谈时表示,“世界的状况并不很好,很多国家民族主义甚嚣尘上,在此情形下科学工作者必须确保国际学术界的团结统一”。他借着提到当天公布的诺贝尔物理学奖具有国际性的特征补充说,“我们所有人都要不懈努力,使得科学工作者始终同属于一个国际大家庭”。

阿尔佩对获得诺贝尔物理学奖“感到骄傲”,历史上有很多重要的科学家获得过这个奖项,比如量子物理学先驱爱因斯坦和海森堡都获得过诺贝尔物理学奖。“这些伟大的名字……当然令我万分敬仰,因为我知道自己距离他们非常遥远,他们彻底改变了物理科学”。“但我对自己能进入获奖者名单感到骄傲,这毫无疑问”。

量子科学意义重大

综合新华社报道,量子力学从上世纪初诞生以来,催生了晶体管、激光等重大发明,这被科学界称为第一次量子革命。近来,以量子计算和量子通信为代表的第二次量子革命又在兴起。瑞典皇家科学院在诺奖公报中说,今年三位获奖者在量子纠缠实验方面的贡献,“为当前量子技术领域正发生的革命奠定了基础”。

量子纠缠长期是量子力学中最具争议的问题之一。量子纠缠是一种奇怪的量子力学现象,处于纠缠态的两个量子不论相距多远都存在一种关联,其中一个量子状态发生改变,另一个的状态会瞬时发生相应改变。

在很长一段时间里,以爱因斯坦为代表的部分物理学家对量子纠缠持怀疑态度,爱因斯坦称其为“鬼魅般的超距作用”。他们认为量子理论是“不完备”的,纠缠的粒子之间存在着某种人类还没观察到的相互作用或信息传递,也就是“隐变量”。

20世纪60年代,物理学家约翰·贝尔提出可用来验证量子力学的“贝尔不等式”。如果贝尔不等式始终成立,那么量子力学可能被其他理论替代。

三位获奖者贡献杰出

为了对贝尔不等式进行验证,美国科学家约翰·克劳泽设计了相关实验,其中使用特殊的光照射钙原子,由此发射纠缠的光子,再使用滤光片来测量光子的偏振状态。经过一系列测量,克劳泽能够证明实验结果违反了贝尔不等式,且与量子力学预测相符。

但这个实验具有局限性,原因包括实验装置在产生和捕获粒子方面效率较低、滤光片处于固定角度等。在此基础上,法国科学家阿兰·阿斯佩设计了新版本的实验,测量效果更好。阿斯佩填补了克劳泽实验的重要漏洞,并提供了一个非常明确的结果:量子力学是正确的,且没有“隐变量”。

奥地利科学家安东·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。

其中一项重要成果就是,2017年中国与奥地利科学家借助中国的“墨子号”量子卫星,成功实施世界首次量子保密的洲际视频通话。这也是为什么诺贝尔物理学奖评委托尔斯·汉斯·汉森在现场解读获奖成果时,展示了一张含有中国量子卫星的图片,其上显示了中国和欧洲之间的洲际量子通信实验。

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”。

(编辑:冬雨)

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