2022年諾貝爾物理學獎昨天公佈，三名科學家因量子力學研究獲獎

在瑞典斯德哥爾摩舉行的2022年諾貝爾物理學獎公佈現場，螢幕上顯示獎項得主阿蘭·阿斯佩（左）、約翰·克勞澤（中）和安東·塞林格的照片。 新華社記者 任鵬飛 攝

2022年諾貝爾物理學獎“花落”量子力學。昨天，瑞典皇家科學院宣佈，將諾獎授予法國物理學家阿蘭·阿斯佩、美國理論和實驗物理學家約翰·克勞澤和奧地利物理學家安東·塞林格，以表彰他們在量子資訊科學研究方面作出的貢獻。

正是因為這三位科學家的實驗驗證，證明了貝爾不等式在量子世界中並不成立，才開創了量子資訊這一全新的研究領域，並使得今天的量子計算機、量子通訊等成為一個有著巨大潛力的研究和產業領域。

為學界津津樂道的是，今年的新晉諾獎得主塞林格是中國科學院外籍院士，同時他也是中國量子資訊與量子計算的領軍人物、中科院院士潘建偉在奧地利留學時期的博士生導師。

他們的研究為量子資訊科技發展奠基

“這三位科學家驗證了量子糾纏這一基礎理論，在驗證的過程中也同時推動了以量子計算、量子通訊等為代表的量子資訊科技。”上海交通大學教授金賢敏在讀博期間，就在潘建偉教授的指導下，負責在長城附近完成了當時最遠距離的量子隱形傳態實驗，驗證了基於衛星的全球化量子通訊的可行性。

“可以說，因為他們的成就，量子計算機、量子通訊、量子精密測量等量子資訊科技，有望成為具有重大變革性的新一代資訊科技，且已成為很重要的研究領域。”

金賢敏解釋，量子資訊科技發展的關鍵是對量子態的精確操控，而量子糾纏的驗證正是有效推動了人類對兩體以上量子態的操控能力。

按照量子力學，允許兩個或多個粒子以糾纏態存在。糾纏粒子對中的兩個粒子在相距很遠的情況下，一個粒子的狀態決定了，那麼另一個粒子的狀態也立即決定。量子糾纏概念最早由愛因斯坦提出，但量子糾纏是否存在，以及究竟是在局域還是廣域有效，這是一個在物理世界存在了百年的爭論。

阿斯佩、克勞澤和塞林格各自使用“兩個或兩個以上粒子即使在分離時也表現得像一個單元”的糾纏量子態，進行了開創性實驗，驗證貝爾不等式在量子世界不成立，證明了量子糾纏的假想是存在的，並且是廣域的。

復旦大學物理學系教授李曉鵬告訴記者，這三位科學家的突出貢獻，是解決了量子資訊科學核心的基礎問題，“在歷史上，量子力學是否是這個微觀物理世界唯一的描述形式，一直存在爭議。而他們三位的實驗驗證，就是確定了量子力學的正確性。”

“量子力學是整個科學的奠基，物理學、化學、半導體、生物學、材料學等學科的底層理論都已經是量子力學。三位獲得者的工作，論證了量子糾纏的存在，驗證了非局域是正確的。他們的實驗結果為基於量子資訊的新技術奠定了基礎。”金賢敏說，也正是因為要證明這個基礎理論，要操縱量子態，要發展單量子態、多量子態等技術，實際上也推動了以量子計算為代表的量子資訊科技，量子計算使得算力指數級增加，有望在後摩爾時代繼續提升人類的算力。

中國的量子科學技術受到關注 

此次諾獎委員會在頒出諾獎物理學獎時，專門提到了中國的潘建偉團隊。而據物理學界多位接受採訪的學者稱，中國的量子科學技術應該是“為數不多的實現並跑、甚至在某些方面可以領跑的科學研究領域”。

據諾獎委員會介紹，量子技術的一個重要目標是能夠在非常大的範圍內分配糾纏距離，以便傳遞量子資訊。最簡單的方法是使用光學，但問題在於光會衰減。在經典通訊網路中，可以透過光纖鏈路放大器解決，但在量子態，一個解決方案是利用衛星透過太空傳送訊號以避免損失。人們可以在很遠的距離上建立量子糾纏。而潘建偉小組在2016年發射第一顆量子通訊衛星“墨子號”時就使用了這一技術，並且其後與塞林格小組合作，使用同一顆衛星在中國和奧地利之間實現了量子糾纏。

在上海高校，量子科學的研究也有各自的特點，比如更聚焦材料、量子計算等相關技術。

“三位獲獎者的工作驗證了量子糾纏，表明大規模的量子位元計算系統超越經典計算力的可能性。”李曉鵬主要從事量子演算法研究和量子編碼方案研究。他說，量子計算機和經典計算機一樣，在完成計算任務的時候同樣需要演算法。一個可程式設計的量子器件就是一個量子計算機的雛形，如何用可程式設計的量子器件去解決一些科學問題或應用問題，都需要演算法的推進。

有預測顯示，未來10到20年內，一批專用量子模擬系統將可用於材料製備等科研工作，大幅提升這些領域的科研效率。

作

者：

姜澎

編輯：錢亦琛

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