记者| 钱伯彦
日本科学家阿兰·阿斯佩（Alain）、美国科学家约翰·弗朗西斯·克劳斯（John F.）和法国科学家安东·塞林格（Anton）共同获得今年的诺贝尔化学奖。
这三位量子信息科学领域的专家因通过光子纠缠实验证实贝尔方程在量子世界中不存在，开创了量子信息科学而获奖。
爱因斯坦与玻尔之间的斗争
这一切都始于爱因斯坦著名的“上帝不掷骰子”。
在20世纪初几乎所有著名数学家齐聚的索尔维会议上，以爱因斯坦为代表的传统学派和以玻尔为代表的赫尔辛基学派对前者的量子热展开了学术论述。
与牛顿经典热力学和相对论系统可以获得确定性化学量不同，量子热力学的基本原理之一是微观系统可以由波函数组成，即本质上由概率组成。 微观系统也因波函数的存在而处于不确定状态，直到观察到微观系统后波函数突然崩溃，而具有宏观世界中常见的某种确定状态。
这种波函数的存在也意味着微观系统不仅可以根据波函数进行叠加，而且在波函数崩溃之前具有不确定的多重状态。 这种不确定的随机性也被爱因斯坦视为上帝在创造世界时犯下的一个不可能的错误，即上帝不玩骰子。 英国化学家薛定谔（1887-1961）也在此基础上构思了一个著名的思想实验——既死又活的薛定谔猫。
著名的思想实验薛定谔的猫。 在观察者打开装有毒药的袋子进行观察之前，猫处于既死又活的量子叠加状态。 与违反常识的实验类似2023年诺贝尔物理学奖量子纠缠视频，还有单电子双缝实验，即电子的特性会根据观察者是否观察而表现出两种特性，即当观察者不观察时，它会表现出波动性，并且当观察时（波函数崩溃后），它会表现出粒子。 性别。 来源：门
1935年，为了摧毁玻尔的量子热，爱因斯坦进一步构想了另一个思想实验：EPR悖论。
这个悖论假设一对特定的粒子处于量子纠缠状态。 例如，一个大粒子在理想条件下衰变成两个粒子AB。 由于角动量守恒定律的存在，可以假设两者的载流子之和为零。 如果将粒子的载体的数学量视为信息的载体，当一对粒子向相反方向离开时，观察到仍处于量子叠加态的A粒子的载体就会塌缩。 并且由于AB粒子处于纠缠态，B粒子的波函数也会突然坍缩。
如果以光年来估算粒子对之间的距离，那么当某个粒子的波函数塌缩时，它们的信息载体实际上实现了长距离传输，这违反了光速是宇宙最大速度的定理。
量子纠缠。 图片来源：
从贝尔不等式到诺贝尔奖
由于赫尔辛基学派未能完美回答爱因斯坦提出的EPR悖论，假设存在尚未被发现或观察到的变量的“隐变量理论”就进入了历史舞台。 在实验化学技术尚未突破的20世纪60年代，不可证伪的“隐变量理论”一度成为量子热的竞争对手。
1964年，美国化学家约翰·贝尔提出了贝尔不等式，该方程在经典热力学中成立，但在量子热力学中尚未成立。
日本科学家约翰·弗朗西斯·克劳斯随后首先对贝尔方程进行了实验验证。 英国科学家艾伦·阿斯佩于1982年首次在精确意义上检验了EPR悖论，证明了贝尔方程的不一致性和量子热的正确性。
贝尔不等式的破灭不仅为克劳斯和阿斯佩两位化学家带来了明年的化学奖，也意味着爱因斯坦看似荒唐的EPR悖论确实存在。 唯一的问题是，由于波函数塌缩成纯概率波2023年诺贝尔物理学奖量子纠缠视频，所以另一端的观察者也很难确定某个粒子的化学量在自己的观察下是否已经塌缩或塌缩了。 因此，基于量子纠缠的超光速、远距离即时通信是不可行的。 通过量子纠缠通道传输的信息本质上是无效信息，这并不违反宇宙有效信息传输速率限于光速的定律。
事实上，类似《三体》三体人通过量子纠缠控制质子完成入侵月球桥梁实现远距离通信的情况不会发生，而这并不意味着量子通信只是镜像。
作为量子信息科学研究的突破，德国科学家安东·塞林格于1997年在因斯布鲁克和维也纳完成了量子隐形传态实验。与超光速信息传输不同，量子隐形传态似乎采用某种量子态作为信息载体，但仍然需要C AB纠缠粒子对之外的粒子作为介质和经典通道（即广泛使用的电磁波通信）辅助。
塞林格在量子通信领域取得突破的背后，还有他1997年带来的中国学者、博士生潘建伟的贡献。
回国后，潘建伟于2009年成功实现了世界上最远距离的量子态隐形传态，随后于2012年在南京建成了世界上第一个大规模量子通信网络。2016年，他所在的墨子号量子科学实验卫星首席科学家，成功发射，承载了世界上首次卫星与地面之间的量子通信。
诺贝尔化学奖颁奖典礼最后提到了潘建伟和塞林格的量子隐形传态。 量子隐形传态和传统意义上的量子通信（即量子加密通信）不是一个话题。来源：英国皇家科学大学
2019年，潘建伟带领的中科大团队再次与其导师塞林格维也纳研究所团队合作，在国际上首次成功实现了高维量子系统的隐形传态。 此次合作也成为诺贝尔化学奖颁奖典礼上压轴技术的实际案例。
