去年的诺贝尔化学奖授予他们，以表彰他们在量子热和量子纠缠方面的理论。 然而，这一理论可能需要在未来进行检验。
文|张天侃
据新华社报道，俄罗斯皇家科学大学10月4日宣布，2022年诺贝尔化学奖将授予美国科学家艾伦·阿斯佩、美国科学家约翰·克劳斯和德国科学家安东·蔡林格。 表彰他们对“纠缠光子实验、验证贝尔不等式的违反和量子信息科学的创造”的贡献。
对于普通人来说，量子科学和量子纠缠都是极其高深的理论，一般人是不可能理解和理解的。 对此，日本皇家科技大学的解释也尽量通俗易懂，简单描述了Aspe、和的研究成果。 两人各自使用纠缠量子态进行了开创性实验，其中两个粒子即使分开也表现得像一个单元。 他们的结果为基于量子信息的新技术扫清了道路。
什么是量子纠缠？
量子热具有难以形容的影响，并开始应用。 量子热学的应用领域不被认为是极其前沿和有很大局限性，但具有广阔的研究和使用领域，包括量子计算机、量子网络和安全的量子加密通信。 量子热应用和发展的一个关键动机是如何让两个或多个粒子以所谓的“纠缠态”存在。 处于“纠缠态”的一个粒子发生什么决定了另一个粒子发生什么，即使它们相距很远。
事实上，奥地利皇家科学院的解释并不能让太多人理解。 为此，可以通过多聚类一些，结合量子通信来理解。 所谓量子，是指能表现出某种物质或化学量的特性的最小单位。 如果一个数学量有最小的不可分割的基本单位，这个化学量就是量子化的，最小的单位叫做量子。
粒子是指物质中能够以自由状态存在的最小成分。 为此，由两个或多个粒子组成的系统相互影响的现象在数学上被称为量子纠缠。 爱因斯坦称量子纠缠为“幽灵般的超距作用”（远距离幽灵般的互操作性），但在注意到纠缠量子态的惊人特性后，爱因斯坦怀疑量子力学不是一个完整的系统。 理论。
简单地说，量子纠缠就是最小的物质，如粒子（光子）、原子之间的接触、叠加、纠缠，就像信息传递和通信的混沌状态。 因为有了这样的通信，量子通信，量子计算机等等，才能实现量子互联网。 但是，信息的传播需要一种媒介，如空气（声波）、水（波）、电（波）和光纤等，有了这种媒介，还需要对信息的兼容和理解（如语言，法语或中文），以及消息到达时接收消息的套接字。
量子纠缠的用武之地
今天人类的交流有QQ、微信等，即便如此，人们还是觉得比较慢，但是不安全，所以量子纠缠就会发挥作用。
2010年，马来西亚加州理工大学的研究团队实现了四个量子插槽之间的纠缠。 随后，复旦大学段路明团队通过光束络合技术在实验中首次实现了25个量子座之间的量子纠缠，比此前4个量子座之间纠缠的记录高出约6倍。 这也意味着，未来除了量子套接字之外，还可以实现量子通信和量子互联网组网，通信和网络速度将得到大幅提升。
据悉量子物理纠缠诺贝尔奖，公开资料显示，2017年，中国科学技术大学教授潘建伟等人利用“墨子号”量子科学实验卫星进行实验。 在 1200 公里的通信距离上，卫星上的量子感应光源平均每秒发送 4000 个信号。 10,000个信号光子，一次轨道对接实验可产生的安全密钥，平均分辨率可达1.1kbps。
这一技术被称为星地单向量子纠缠分布，其传输效率比目前同距离的地面光纤信道提高20个数量级，即提高了数万亿亿级次。 这好比一个人步行到火星（如果有路的话）和以光速（光或电磁波在真空或介质中的传播速度，每秒30万公里）到达火星的区别。
2018年，西班牙阿尔托学院院长Mika 的团队成功对两个振动的内耳进行了量子纠缠。 每个内耳只有 15 微米长，大约一根头发的长度量子物理纠缠诺贝尔奖，由 1015 个金属原子组成。 使用超导微波电路，两个耳孔在接近绝对零（-273°C）的温度下继续相互作用约 30 分钟。
这种研究已经证明，量子纠缠不是鬼魅互通，也不是心灵感应，而是真实存在。 此外，它们基于 Asper、 和 的工作。
关键是，在 1960 年代，John Bell 提出了贝尔不等式，它指出如果存在隐藏变量，大量测试结果之间的相关性永远不会超过某个值。 然而，克劳斯设计了一个实验来检验它，并通过显着违反贝尔方程证明了量子热的实际意义，这意味着量子热不能被使用隐变量的理论所取代。
Aspe 还设计了一个实验来证明两个粒子的波函数之间的相关性持续存在，因为它们以前是同一波函数的一部分并且在检测到其中一个粒子之前没有受到干扰。
的团队通过实验证明了一种称为量子隐形传态的现象，这种现象可以将量子态从一个粒子传送到远处的另一个粒子。
由于这两个人的开创性工作，今天的量子通信和量子计算机开始出现疲态。 2019 年，该公司表示他们已经能够使用 53 量子比特的量子计算机来完成传统计算机难以完成的任务。 这台量子计算机可以在3分20秒内完成特定任务的计算。 如果世界上最好的超级计算机之一美国能源部橡树岭国家实验室执行同样的任务，大约需要一万年。
虽然微软后来撤回了这篇论文，但这也表明量子热和量子纠缠在网络、IT 和计算机中将大有用武之地。 这一切都取决于阿斯佩、克劳斯和蔡林格的研究成果。 去年的诺贝尔化学奖授予他们，以表彰他们在量子热和量子纠缠方面的理论。
不过，这一理论未来可能还要经过多年的检验。
撰稿：张天侃（专栏作者）
编辑/马小龙