在瑞典斯德哥爾摩舉行的2022年諾貝爾物理學獎公布現場，屏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，瑞典皇家科學院宣布，将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，以表彰他們在量子信息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并不成立，才開創了量子信息這一全新的研究領域，并使得今天的量子計算機、量子通信等成為一個有着巨大潛力的研究和産業領域。

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信息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。

他們的研究為量子信息技術發展奠基

“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、量子通信等為代表的量子信息技術。”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隐形傳态實驗，驗證了基于衛星的全球化量子通信的可行性。

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

金賢敏解釋，量子信息技術發展的關鍵是對量子态的精确操控，而量子糾纏的驗證正是有效推動了人類對兩體以上量子态的操控能力。

按照量子力學，允許兩個或多個粒子以糾纏态存在。糾纏粒子對中的兩個粒子在相距很遠的情況下，一個粒子的狀态決定了，那麼另一個粒子的狀态也立即決定。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争論。

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”的糾纏量子态，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，并且是廣域的。

複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，是解決了量子信息科學核心的基礎問題，“在曆史上，量子力學是否是這個微觀物理世界唯一的描述形式，一直存在争議。而他們三位的實驗驗證，就是确定了量子力學的正确性。”

“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，驗證了非局域是正确的。他們的實驗結果為基于量子信息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，要操縱量子态，要發展單量子态、多量子态等技術，實際上也推動了以量子計算為代表的量子信息技術，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采訪的學者稱，中國的量子科學技術應該是“為數不多的實現并跑、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标是能夠在非常大的範圍内分配糾纏距離，以便傳遞量子信息。最簡單的方法是使用光學，但問題在于光會衰減。在經典通信網絡中，可以通過光纖鍊路放大器解決，但在量子态，一個解決方案是利用衛星通過太空發送信号以避免損失。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信衛星“墨子号”時就使用了這一技術，并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，表明大規模的量子比特計算系統超越經典計算力的可能性。”李曉鵬主要從事量子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算法。一個可編程的量子器件就是一個量子計算機的雛形，如何用可編程的量子器件去解決一些科學問題或應用問題，都需要算法的推進。

有預測顯示，未來10到20年内，一批專用量子模拟系統将可用于材料制備等科研工作，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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