2022年诺贝尔化学学奖今天公布,Alain(阿兰·阿斯佩)、JohnF.(约翰·克劳瑟)和Anton(安东·塞林格)三位科学家得奖。安东·塞林格2016年被聘为厦门学院名誉院长,并作为代表与我校签订《南京学院-荷兰科大学合作备忘录》,在量子化学等多个领域举办合作。
上海时间10月4日上午,2022年诺贝尔化学学奖评比结果出炉。英国皇家科大学决定授予英国科学家Alain(阿兰·阿斯佩)、美国科学家JohnF.(约翰·克劳瑟)和德国科学家Anton(安东·塞林格)诺贝尔化学学奖,以嘉奖她们“进行了纠缠光子的实验,确立了对贝尔不方程的不创立,并开创了量子信息科学”。
诺奖官方表示,阿兰·阿斯佩、约翰·克劳瑟和安东·塞林格通过开创性的实验,展示了研究和控制纠缠态粒子的潜力。一堆互相纠缠的粒子,哪怕它们相隔很远的距离,难以互相影响,也能决定对方会发生的变化。三位得奖者对相关实验工具的开发,为量子技术的新时代奠定了基础。
此外,阿斯佩、克劳瑟和塞林格分别借助纠缠的量子态进行了突破性实验,她们的成果为基于量子信息的新技术扫清了公路,让不可思议的量子热学效应找到了实际的应用,并缔造了一个庞大的研究领域,包括量子计算机、量子网路和安全的量子加密通讯。促使这一发展的关键诱因之一在于,量子热学容许两个或多个粒子以所谓的纠缠状态存在。发生在纠缠对中的一个粒子上的事情,决定了发生在另一个粒子上的事情。
诺贝尔化学学委员会主席安德斯·伊尔巴克(Irbäck)说:“我们可以看见,得奖者在纠缠态方面的工作具有重要意义,甚至赶超了有关量子热学解释的基本问题。”
安东·塞林格(Anton)
安东·塞林格是瑞士籍化学学家,历任英国科大学教授。其论文共被引用94000余次,并于2014年步入汤森路透“高引用科学家”榜单。
塞林格常年从事量子化学和量子信息研究,是国际上量子化学基础检验和量子信息领域的先驱和重要开拓者。无论是理论还是实验,塞林格在量子化学基础检验方面构建了始创性的战功。他曾与合作者在国际上率先举办中子、原子、大分子的量子干涉实验,实现了无局域性漏洞、无侦测效率漏洞的量子热学非定域性检验,提出并在实验中制备首个多粒子纠缠态(GHZ态),这在量子热学基础检验和量子信息中起着关键作用。
基于量子化学的基础检验,塞林格与朋友开发出了多光子干涉测度学,进一步把它们广泛用于量子信息处理,具体包括量子密集编码、远距离量子通讯、光量子估算等领域。其中,他在1997年首次实现量子隐型传态的工作,被公觉得是量子信息实验研究的“开山之作”。
从1983年开始,塞林格仍然与中国科大学、中国工程院等机构定期交流与合作。通过“墨子号”量子科学实验卫星,塞林格团队以合作方式参与到中国科大学主导的洲际量子通讯实验。并且,还在全球第一次使上海-维也纳两地的量子保密通讯成为可能,该成果荣获了新西兰数学学会评出的“2018年度国际化学学十大进展”。另此外,塞林格还受聘为上海学院、中国科学技术学院、西安交通学院的名誉院长。
在媒体专访中,塞林格谢谢了所有让只存在于理论的实验弄成现实的人。他希望他的得奖,可以鼓励更多年青人去发觉量子力学的乐趣,因而步入这个领域。他同时表示,我们对时间和空间的理解都还有好多的未知。
安东·塞林格与北京学院
2016年11月3日,西班牙科大学教授、量子化学科学家安东·塞林格院士访问北京学院,时任市长陈骏接见来宾。双方就量子化学等多个领域的合作举办深入剖析,并订立《南京学院-荷兰科大学合作备忘录》。当日早晨,授予安东·塞林格教授上海学院名誉院长典礼暨钟山峰会学术报告在新街口学校举办。安东·塞林格以“从量子化学悬案到量子信息技术”为题作学术报告。
中学生眼里的安东·塞林格
去年77岁的安东·塞林格,是上海学院化学大学马小松院士在英国读博士和博士后阶段的导师。获知消息的他第一时间接受了媒体专访,追忆了与导师愉快交往合作的情境,并欣然为网友科普起量子化学的相关知识。
从2005年到2012年,马小松在维也纳量子光学和信息研究所渡过了7年的研究生涯。他告诉记者,导师留着显眼的大胡须,诙谐、幽默,颇具人情味。对于基础数学仍然保持着浓郁的兴趣和好奇心。“举个事例,我们的组会多半在晚上开,每位人带上自己的晚餐,一边吃一边听报告,整体讨论的气氛也比较轻松。”
安东·塞林格给了中学生充分自主的研究环境,在马小松的印象里,导师会频繁约请外校和外国的学者前来交流,给你们创造挺好的交流讨论和学习的气氛。在中学生的科研碰到困难时,安东·塞林格会是最坚强的后盾。“我在2008年开始了一个实验,实验对于天气、环境等诱因的要求比较高,因而做到2012年才成功。”马小松说,在2010到2011年,自己的实验以前由于撒哈拉荒漠的沙尘暴而耽搁量子力学诺贝尔物理学奖,“那时我们都有些失望,但当时早已60多岁的老师,不顾高龄,坚持来到了加拿大,夜晚和我们一起熬熬夜做实验,还给我们送上了好多鼓励,给我留下了十分深刻的印象。”
此外,自2015年来到上海学院工作后,马小松院长课题组与安东·塞林格院士领导的研究组在光量子态调控与量子通讯领域保持着常年合作关系,包括科研项目合作、科研人员互访和中学生交流,并在光量子叠加与纠缠的数学原理、量子通讯网路、量子芯片和量子模拟等众多方向做出了多项国际领先的学术成果。
量子的世界,远比你想像得神奇
“量子”是能量存在的
最小单元
了解去年的诺奖成就“量子信息”之前,必须先理解这两个概念,“量子”和“量子纠缠”。当一个物体存在最小的不可分割单元时,我们就说它是量子化的,并把这个最小单元称为一个量子。这个概念由美国化学学家普朗克在1900年研究宋体幅射时率先提出——能量存在最小单元即“能量子”(量子),它的传播是不连续的,而是一份一份的。量子化是量子热学的主要特点之一。不仅能量以外,电荷、粒子载流子等化学量也是量子化的。
“我们了解了微观世界的原子和分子,而想要更好地描述世界,所依赖的理论根据就是量子热学。”马小松院长表示。量子科学区别于精典数学定理,在量子热学基本原理的基础上重新建立的具有颠覆性的观察、认识和理解微观世界的方式和理论。
“量子纠缠”有着
神奇的特点
“如果量子热学描述的现象正确的话,两个用户A和B,无论间隔的空间和时间有多远,她们之间永远能形成关联。”专家对量子纠缠有一个浅显的解释:在广袤的宇宙中有一种现象虽然颠覆了自然法则量子力学诺贝尔物理学奖,假如把两个粒子放在一起配对后,再把两个粒子分开,一个置于实验室,而另一个放在宇宙空间,此时神奇的事情就发生了。虽然置于宇宙空间的粒子与月球上的这个粒子距离数百光年外,也能与另一个粒子互相关联。此时,科学家将月球上的一个粒子向左旋转,这么,宇宙空间的另一个粒子会同时往右旋转,不受月球与宇宙空间的距离限制。这就是神奇的量子纠缠现象。
借助量子纠缠,科研工作者们相继在量子通讯、量子估算、量子精密检测等领域作出实践性开拓。
自20世纪初量子热学诞生以来,包括普朗克、玻尔、爱因斯坦等100多位科学家因为量子化学的研究而获得诺贝尔奖。
“从20世纪70年代末开始,科学家们就在进行量子纠缠方面的工作。此次三位科学家在诺奖评比中的胜出,赢在了她们对于量子化学最关键工作的印证,展现出了量子热学和日常生活的不同之处。”马小松说。
量子化学未来能
“改变世界”
据介绍,在理论化学研究的基础上,科研工作者们有了新的“小目标”,要用量子化学来“改变世界”。例如,在新药研制领域,量子估算能够帮上大忙。“目前的新药研制,科研人员须要在一遍遍试验的基础上做归纳和统计。有了量子估算的帮助,科研人员就可以从分子和原子的微观角度,去估算怎样与抗生素靶向相结合,这会大大提升新药研制的效率。”在油田钻探领域,量子精密检测则像一个自带“透视镜”的“千里眼”,可以通过远距离检测的方法来帮助工作人员检查油田储备情况。
而目前推动最有成效的量子通讯,大众相对会愈加熟悉一些。“量子通讯最大的优点是安全,它不会改变我们目前的信息通讯形态,但却还能让信息愈发安全。如果有人企图在通讯过程中泄露信息,这么正在通讯的双方都会迅速得悉。”马小松形象地打了个比方,量子通讯就是一个自带“保险柜”的加密通讯过程,因而,在未来拥有宽广的前景。
上海学院首次实现
基于无人机的量子纠缠分发
2020年,上海学院祝世宁团队谢臻达、龚彦晓等在量子信息研究中取得突破,首次实现了基于无人机联通平台的量子纠缠分发。该成果以“Drone-based”为题,在线发表于《国家科学评论》(,NSR)。
对于这一研究成果,科学日本人()网站在一篇关于量子因特网的评论文章中给予高度评价,觉得量子通讯的“下一个最佳选择可能是相对实惠的无人机”。
量子纠缠分发是量子通讯领域的重要研究内容,它可以有效证明量子通讯链路的可靠性。此前,量子纠缠分发已在光纤链路以及卫星和地面之间的自由空间链路中获得成功。