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奥地利物理学家安东·蔡林格(Anton Zeilinger)与法国的阿兰·阿斯佩(Alain Aspect)和美国的约翰·克劳泽(John Clauser)分享了 2022 年诺贝尔物理学奖,因为他们进行了有关于量子纠缠的巧妙实验。上一次获得该奖项的奥地利人是埃尔文·薛定谔(Erwin Schrödinger),他将最重要且最神秘的量子现象之一命名为量子纠缠,并于89年前的1933 年获得了诺贝尔物理学奖。

Frances Mautner Markhof 博士, 2022 年 10 月 10 日

2022年诺贝尔物理学奖授予了奥地利物理学家安东·蔡林格,他与法国的阿兰·阿斯佩(Alain Aspect)和美国的约翰·克劳泽(John Clauser)分享了该奖项。该奖项是对实验量子物理学和量子纠缠领域杰出成就的认可。上一次获得该奖项的奥地利人是埃尔文·薛定谔(Erwin Schrödinger),他将最重要且最神秘的量子现象之一命名为量子纠缠,并于89年前的1933 年获得了诺贝尔物理学奖。

阿斯佩、克劳泽和蔡林格对纠缠光子的实验证明,纠缠量子粒子之间的联系不是由于局部的“隐藏变量”这些未知因素将两种结果无形地联系在一起。相反,纠缠结果形成了一种真正的联系,在这种联系中,操纵一个量子物体会影响另一个量子物体,不管它们分离的距离如何。

在1960年代,物理学家约翰·贝尔(John Bell)提出了一种数学测试,称为贝尔不等式,以区分这两种想法:隐藏变量与在纠缠粒子之间传输的真实效应。该测试表明,似乎超出特定值相关的实验结果只有通过量子纠缠才有可能,而不是由于某些类型的隐藏变量。量子力学预测的相关程度高于经典或非量子物理学中可能发生的相关性。

1972 年,克劳泽和他的同事将这些想法发展成一个实践实验,它违反了贝尔不等式并支持了量子力学的理论。

1997 年,因斯布鲁克大学的蔡林格和他的同事利用纠缠现象来证明了量子隐形传态,演示了量子态从一个位置传输到另一个位置。

那么什么是量子纠缠,它又为何如此重要。

当测量纠缠对中一个粒子的特性时,会发生量子纠缠,即会立即影响另一个粒子的测量结果,无论它们相距多远。纠缠也是量子计算机的基础,它可以进行传统计算机无法进行的计算。量子纠缠还为量子互联网以及安全的量子加密或量子密码学提供了物理基础,这几乎是牢不可破的。

阿尔伯特爱因斯坦将量子纠缠称为“幽灵般的远距离作用”,并拒绝接受一对纠缠对中的一个粒子或系统的特性可以同时转移到另一个纠缠对中的粒子或系统上。他认为这也违反了任何信息的传输速度都不能超过光速的定律。但事实上,人们普遍认为纠缠传递信息的速度不会超过光速。

在三位诺贝尔奖获得者的历史性成就的基础上,最新的量子纠缠实验可能有助于解决当今物理学中尚未解决的重大问题之一,即量子力学如何与爱因斯坦的广义相对论相协调,这将涉及到创造一个量子引力理论。

获得2012 年诺贝尔物理学奖的巴黎法兰西学院的实验物理学家塞尔日·阿罗什(Serge Haroche)表示,量子纠缠实验和量子纠缠的应用是“……基础科学与应用之间联系的一个很好的例子”, 并且补充说这是又一个“‘无用’知识有用性的证明”。

图片说明:奥地利维也纳,2000 年 6 月,安东·蔡林格教授在他的实验室。他于2022年获得了诺贝尔物理学奖。 © IMAGO / Wolfgang Simlinger
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