來源：【交彙點新聞客戶端】

北京時間10月4日下午，瑞典皇家科學院宣布，将2022年諾貝爾物理學獎授予法國物理學家阿蘭·阿斯佩（Alain Aspect）、美國理論和實驗物理學家約翰·弗朗西斯·克勞澤（John F. Clauser）和奧地利物理學家安東·塞林格（Anton Zeilinger），以表彰他們通過光子糾纏實驗，确定貝爾不等式在量子世界中不成立，并開創了量子信息這一學科。新華日報·交彙點記者了解到，其中一位獲獎者安東·塞林格，是南京大學物理學院教授馬小松讀博期間和博士後階段的導師。

今天，我們邀請到馬小松教授為讀者科普量子物理的相關知識。

量子的世界，遠比你想象得神奇

了解今年的諾獎成就“量子信息”之前，你必須先理解這兩個概念：“量子”和“量子糾纏”。當一個物體存在最小的不可分割單元時，我們就說“它是量子化的”，并把這個最小單元稱為“一個量子”。這個概念由德國物理學家普朗克在1900年研究黑體輻射時率先提出——能量存在最小單元即“能量子”（量子），它的傳播是不連續的，而是一份一份的。量子化是量子力學的主要特征之一。除了能量以外，電荷、粒子自旋等物理量也是量子化的。

“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，所依賴的理論依據就是量子力學。”馬小松告訴記者。量子科學區别于經典物理，是在量子力學基本原理的基礎上重新構建具有颠覆性的觀察、認識和理解微觀世界的方法和理論。

“量子糾纏”就是量子所具有的神奇特性。“如果量子力學描述的現象正确的話，兩個用戶A和B之間存在量子糾纏，無論他們間隔的空間有多遠，他們之間永遠能産生關聯。”專家對“量子糾纏”做了一個通俗的解釋。在浩瀚的宇宙中, 如果把兩個粒子放到一起配對後，它們之間就建立了某種關聯。當科學家設法把它們分開，把一個放在實驗室裡，而把另一個放到相距數百光年（即光也要走數百年的距離）以外的宇宙空間時，這兩個粒子已經建立的這種關聯仍能一直保留着。而此時，如果科學家因為想檢查一下這種關聯是否還存在，而将地球上的一個粒子向左旋轉，那麼，宇宙深處的另一個粒子就會“瞬時”完成向右旋轉，且不受它們之間相距數百光年距離的限制。這就是神奇的量子糾纏現象。

利用量子糾纏，科研工作者們陸續在量子通信、量子計算、量子精密測量等領域進行了許多應用開拓，對未來的信息技術帶來深遠的影響。

馬小松告訴記者，量子力學與相對論是20世紀物理學最重要的兩大進展。自20世紀初量子力學誕生以來，包括普朗克、玻爾、愛因斯坦等100多位科學家因量子物理的研究而獲得諾貝爾獎。今年的諾貝爾物理學獎，大家可以理解為頒發給了量子物理領域的科學家。三位科學家從基礎物理的方面，驗證了“量子糾纏違背了貝爾不等式”，并在量子信息領域做出了新的成就。

“從20世紀70年代末開始，科學家們就在進行量子糾纏方面的工作。這次三位科學家在諾獎評選中勝出，在于他們對量子物理最關鍵工作的印證，說明了量子力學和日常現象的不同之處。”馬小松說。

量子物理未來能“改變世界”

專家介紹，在理論物理研究的基礎上，科研工作者們有了新的“小目标”，要用量子物理來“改變世界”。比如，在新藥研發領域，量子計算就能幫上大忙。“目前的新藥研發，科研人員需要在一遍遍試驗的基礎上做歸納和統計。而有了量子計算的幫助，科研人員就可以從分子和原子的微觀角度，去計算如何與藥物靶點相結合，這會大大提高新藥研發的效率。”而在油田勘探領域，量子精密測量則像一個自帶“透視鏡”的“千裡眼”，可以通過遠距離測量的方式來幫助工作人員檢測油田儲備情況。

而對目前推進最有成效的量子通信，讀者們相對會更加熟悉一些。“量子通信最大的優點是安全，它不會改變我們目前的信息通信形态，但卻能夠讓信息更加安全。假如有人試圖在通信過程中竊取信息，那麼正在通信的雙方就會迅速得知。”馬小松形象地打了個比方，量子通信就是一個自帶“保險櫃”的加密通信過程，因此，在未來擁有廣闊的前景。

南京大學首次實現基于無人機的量子糾纏分發

2020年，南京大學祝世甯團隊謝臻達、龔彥曉等在量子信息研究中取得突破，首次實現了基于無人機移動平台的量子糾纏分發。該成果以“Drone-based entanglement distribution towards mobile quantum networks”為題，在線發表于《國家科學評論》。随後，他們又實現了具有光學中繼的無人機組的量子糾纏分發，為基于無人機的量子因特網構機奠定了基礎。

量子糾纏分發是量子通信領域的重要研究内容，它可以有效證明量子通信鍊路的可靠性。此前，量子糾纏分發已在光纖鍊路以及衛星和地面之間的自由空間鍊路中獲得成功。

對這一研究成果，科學美國人（Scientific American）網站在一篇關于量子因特網的評論文章中給予高度評價，認為量子通信的“下一個最佳選擇可能是相對便宜的無人機”。

安東·塞林格（Anton Zeilinger）

南大教授眼中的諾獎得主

從2005年至2012年，馬小松在導師安東·塞林格教授的指導下，在維也納量子光學和信息研究所度過了7年的研究生涯。他告訴記者，導師留着醒目的大胡子，風趣、幽默、富有人情味，對基礎物理一直保持着濃厚的興趣和好奇心。“舉個例子，我們的組會多半在早上開，每個人帶上自己的早餐，一邊吃一邊聽報告，整體讨論的氛圍也比較輕松。”

安東·塞林格給了學生充分自主的研究環境，在馬小松的印象裡，導師會頻繁邀請外校和外國的學者前來交流，給大家創造很好的交流讨論和學習的氛圍。在學生遇到科研困難時，安東·塞林格會是“最堅強的後盾”。“我在2008年開始了一個實驗，實驗對天氣、環境等因素的要求比較高，因此做到2012年才成功。”馬小松說，在2010年到2011年，自己的實驗曾經因為撒哈拉沙漠的沙塵暴而耽誤，“那時我們都有些沮喪，但當時已經60多歲的老師，不顧高齡，堅持來到了西班牙，晚上和我們一起熬通宵做實驗，還給我們送上了很多鼓勵，給我留下了非常深刻的印象”。

新華日報·交彙點記者 楊頻萍

編輯: 丁叮

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