新華社電英國(guó)皇家科大學(xué)4日宣布，將2022年諾貝爾化學(xué)學(xué)獎(jiǎng)授予美國(guó)科學(xué)家阿蘭·阿斯佩、美國(guó)科學(xué)家約翰·克勞澤和德國(guó)科學(xué)家安東·塞林格，以嘉獎(jiǎng)她們?cè)凇凹m纏光子實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證違背貝爾不方程和開(kāi)創(chuàng)量子信息科學(xué)”方面所做出的貢獻(xiàn)。
日本皇家科大學(xué)在當(dāng)日發(fā)表的新聞公報(bào)中說(shuō)，三位得獎(jiǎng)?wù)咴诹孔蛹m纏實(shí)驗(yàn)方面都有重要貢獻(xiàn)。量子糾纏是指，在量子熱學(xué)中處于糾纏態(tài)的兩個(gè)或多個(gè)粒子，雖然分開(kāi)很遠(yuǎn)距離，有些狀態(tài)也會(huì)表現(xiàn)得像是一個(gè)整體。她們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果“為基于量子信息的新技術(shù)掃清了公路”，目前在量子估算、量子網(wǎng)路和量子保密通訊方面已有大量相關(guān)研究。
公報(bào)說(shuō)，在量子熱學(xué)的發(fā)展歷程上有一個(gè)知名的貝爾不方程，假若它仍然創(chuàng)立，這么量子熱學(xué)可能被其他理論取代。因此，許多量子科學(xué)家仍然在找尋違背貝爾不方程的驗(yàn)證，克勞澤提出了一個(gè)借助處于糾纏態(tài)的光子的實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果可以違背貝爾不方程，阿斯佩進(jìn)一步彌補(bǔ)了克勞澤實(shí)驗(yàn)中的重要漏洞。塞林格進(jìn)行了更多實(shí)驗(yàn)，但是其團(tuán)隊(duì)還借助量子糾纏展示了量子隱型傳態(tài)，即有關(guān)量子態(tài)的傳輸。
阿斯佩1947年出生于英國(guó)，目前為英國(guó)倫敦-薩克雷學(xué)院和倫敦綜合理工學(xué)院院長(zhǎng)；克勞澤1942年出生于法國(guó)，目前就職于他自己在加利福尼亞州創(chuàng)始的一家公司；塞林格1945年出生于法國(guó)，目前為法國(guó)維也納學(xué)院院長(zhǎng)。
三名科學(xué)家將平分1000萬(wàn)澳大利亞盧布（約合90萬(wàn)港元）獎(jiǎng)金。
量子的世界，遠(yuǎn)比你想像得神奇
“量子”是能量存在的最小單元
了解去年的諾獎(jiǎng)成就“量子信息”之前，你必須先理解這兩個(gè)概念，“量子”和“量子糾纏”。當(dāng)一個(gè)物體存在最小的不可分割單元時(shí)，我們就說(shuō)它是量子化的，并把這個(gè)最小單元稱為一個(gè)量子。這個(gè)概念由美國(guó)化學(xué)學(xué)家普朗克在1900年研究宋體幅射時(shí)率先提出——能量存在最小單元即“能量子”（量子），它的傳播是不連續(xù)的，而是一份一份的。量子化是量子熱學(xué)的主要特點(diǎn)之一。不僅能量以外量子糾纏物理諾獎(jiǎng)，電荷、粒子載流子等化學(xué)量也是量子化的。
“我們了解了微觀世界的原子和分子，而想要更好地描述世界，所依賴的理論根據(jù)就是量子熱學(xué)。”馬小松院士告訴記者。量子科學(xué)區(qū)別于精典化學(xué)定理，在量子熱學(xué)基本原理的基礎(chǔ)上重新建立的具有顛覆性的觀察、認(rèn)識(shí)和理解微觀世界的方式和理論。
“量子糾纏”有著神奇的特點(diǎn)
“如果量子熱學(xué)描述的現(xiàn)象正確的話，兩個(gè)用戶A和B，無(wú)論間隔的空間和時(shí)間有多遠(yuǎn)，它們之間永遠(yuǎn)能形成關(guān)聯(lián)。”專家對(duì)量子糾纏做了一個(gè)淺顯的解釋：在廣袤的宇宙中有一種現(xiàn)象雖然顛覆了自然法則，假如把兩個(gè)粒子放在一起配對(duì)后，再把兩個(gè)粒子分開(kāi)，一個(gè)置于實(shí)驗(yàn)室，而另一個(gè)置于宇宙空間，此時(shí)神奇的事情就發(fā)生了。雖然置于宇宙空間的粒子與月球上的這個(gè)粒子距離數(shù)百光年外，也能與另一個(gè)粒子互相關(guān)聯(lián)。此時(shí)，科學(xué)家將月球上的一個(gè)粒子向左旋轉(zhuǎn)，這么，宇宙空間的另一個(gè)粒子會(huì)同時(shí)往右旋轉(zhuǎn)，不受月球與宇宙空間的距離限制。這就是神奇的量子糾纏現(xiàn)象。
借助量子糾纏，科研工作者們相繼在量子通訊、量子估算、量子精密檢測(cè)等領(lǐng)域作出實(shí)踐性開(kāi)拓。
三位科學(xué)家贏在了對(duì)量子化學(xué)最關(guān)鍵工作的印證
馬小松院長(zhǎng)告訴記者，量子熱學(xué)與相對(duì)論是二十世紀(jì)數(shù)學(xué)學(xué)最重要的兩大進(jìn)展。自20世紀(jì)初量子熱學(xué)誕生以來(lái)，包括普朗克、玻爾、愛(ài)因斯坦等100多位科學(xué)家因?yàn)榱孔踊瘜W(xué)的研究而獲得諾貝爾獎(jiǎng)。去年諾貝爾化學(xué)學(xué)獎(jiǎng)，可以理解為頒授給了量子化學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)家。三位科學(xué)家從基礎(chǔ)數(shù)學(xué)的方面驗(yàn)證了貝爾不方程的不創(chuàng)立，但是在量子信息領(lǐng)域作出了新的成就。
“從20世紀(jì)70年代末開(kāi)始，科學(xué)家們就在進(jìn)行量子糾纏方面的工作。此次三位科學(xué)家在諾獎(jiǎng)評(píng)比中的勝出，贏在了她們對(duì)于量子化學(xué)最關(guān)鍵工作的印證，展現(xiàn)出了量子熱學(xué)和日常生活的不同之處。”馬小松說(shuō)，
量子化學(xué)未來(lái)能“改變世界”
專家介紹，在理論化學(xué)研究的基礎(chǔ)上，科研工作者們有了新的“小目標(biāo)”，要用量子化學(xué)來(lái)“改變世界”。例如，在新藥研制領(lǐng)域，量子估算才能幫上大忙。“目前的新藥研制，科研人員須要在一遍遍試驗(yàn)的基礎(chǔ)上做歸納和統(tǒng)計(jì)。有了量子估算的幫助，科研人員就可以從分子和原子的微觀角度，去估算怎樣與抗生素靶向相結(jié)合，這會(huì)大大提升新藥研制的效率。”在油田鉆探領(lǐng)域，量子精密檢測(cè)則像一個(gè)自帶“透視鏡”的“千里眼”，可以通過(guò)遠(yuǎn)距離檢測(cè)的方法來(lái)幫助工作人員檢查油田儲(chǔ)備情況。
而目前推動(dòng)最有成效的量子通訊，讀者們相對(duì)會(huì)愈加熟悉一些。“量子通訊最大的優(yōu)點(diǎn)是安全，它不會(huì)改變我們目前的信息通訊形態(tài)，但卻還能讓信息愈發(fā)安全。如果有人企圖在通訊過(guò)程中泄露信息，這么正在通訊的雙方都會(huì)迅速得悉。”馬小松形象地打了個(gè)比方，量子通訊就是一個(gè)自帶“保險(xiǎn)柜”的加密通訊過(guò)程，因而，在未來(lái)?yè)碛袑拸V的前景。
南大院士眼里的諾獎(jiǎng)得主
對(duì)于基礎(chǔ)數(shù)學(xué)仍然保持著濃郁的興趣和好奇心
去年77歲的安東·塞林格量子糾纏物理諾獎(jiǎng)，是上海學(xué)院馬小松院士在英國(guó)讀博士和博士后階段的導(dǎo)師，從2005年到2012年，馬小松在維也納量子光學(xué)和信息研究所渡過(guò)了7年的研究生涯。他告訴記者，導(dǎo)師留著顯眼的大胡須，詼諧、幽默，頗具人情味。對(duì)于基礎(chǔ)數(shù)學(xué)仍然保持著濃郁的興趣和好奇心。“舉個(gè)事例，我們的組會(huì)多半在晚上開(kāi)，每位人帶上自己的晚餐，一邊吃一邊聽(tīng)報(bào)告，整體討論的氣氛也比較輕松。”
安東·塞林格給了中學(xué)生充分自主的研究環(huán)境，在馬小松的印象里，導(dǎo)師會(huì)頻繁約請(qǐng)外校和外國(guó)的學(xué)者前來(lái)交流，給你們創(chuàng)造挺好的交流討論和學(xué)習(xí)的氣氛。在中學(xué)生的科研碰到困難時(shí)，安東·塞林格會(huì)是最堅(jiān)強(qiáng)的后盾。“我在2008年開(kāi)始了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)對(duì)于天氣、環(huán)境等誘因的要求比較高，因而做到2012年才成功。”馬小松說(shuō)，在2010到2011年，自己的實(shí)驗(yàn)以前由于撒哈拉荒漠的沙塵暴而耽擱，“那時(shí)我們都有些失望，但當(dāng)時(shí)早已60多歲的老師，不顧高齡，堅(jiān)持來(lái)到了加拿大，夜晚和我們一起熬熬夜做實(shí)驗(yàn)，還給我們送上了好多鼓勵(lì)，給我留下了十分深刻的印象。”