日本当地时间2022年10月4日11时45分(成都时间10月4日17时45分),诺贝尔奖委员会宣布将2022年数学学奖颁给美国数学学家Alain、美国化学学家JohnF.、奥地利化学学家Anton以嘉奖“用纠缠光子验证了量子不遵守贝尔不方程,开创了量子信息学”。
诺奖委员会在其官方介绍中称,量子热学如今已拥有很宽广的研究领域,包括量子计算机、量子网路和安全的量子加密通讯。
诺贝尔化学学委员会主席Irbäck说:“越来越显著的是,一种新的量子技术正在出现。我们可以看见,得奖者对纠缠态的研究十分重要,甚至赶超了解释量子热学的基本问题”。
上海估算科学研究中心院长薛鹏提早猜中了去年的得奖者,她向“返朴”表示,这三位得奖者实至名归。下文是薛院长对去年得奖工作的科普介绍。
撰文|薛鹏
在2010年,美国的阿兰·艾斯佩特(Alain)、美国的约翰·柯罗瑟(John)、和法国的安东·吉林哲(Anton)三位化学学家“因其在量子化学学基础上的基本概念和实验贡献,非常是一系列愈加复杂的贝尔不方程测试,而获得沃尔夫奖(WolfPrize)”。
日本化学联合会旗下科普网站于2019,2020,2021连续两年预测该三位化学学家将获得诺贝尔化学学奖。
爱因斯坦觉得量子纠缠这些超距互相作用是不可思议的,违反了狭义相对论。在斯坦福的助手Boris和Rosen提出一个思想实验,就是知名的EPR佯谬。描述了A、B为载流子1/2的粒子,初始总载流子为零。假定粒子有两种可能的载流子,分别是|上>和|下>,这么,倘若粒子A的载流子为|上>,粒子B的载流子便一定是|下>,能够保持总体守恒,反之亦然。这时我们说,这两个粒子构成了量子纠缠态。
两个粒子A和B朝相反方向狂奔,它们相距越来越远,越来越远……。无论相距多远,它们应当永远是|上>|下>关联的。两侧分别由观察者Alice和Bob对两个粒子进行检测。依照量子热学的说法,只要Alice和Bob还没有进行检测,每一个粒子都应当处于某种叠加态,例如说,|上>、|下>各为50%机率的叠加态。之后,假如Alice对A进行检测,A的叠加态便在刹那间坍缩了,例如,坍缩成了|上>。如今,问题就来了:既然Alice早已检测到A为|上>,由于守恒的缘故,B就一定要为|下>。并且,此时的A和B之间早已相隔十分遥远,譬如说几万光年吧诺贝尔物理学奖2023量子纠缠解读,根据量子热学的理论,B也应当是|上>和|下>各一半的机率,为何它才能做到总是选择|下>呢?除非A粒子和B粒子之间有某种形式及时地“互通消息”?虽然假定它们还能相互感知,那也显然是一种超距瞬时的讯号!而这超距作用又是与相对论中光速不可赶超相违逆。于是,这就构成了佯谬。
为此他觉得量子热学是不完备的,他希望构建一个更普适的局域实在论理论来填补量子理论的不足,清除超距作用。作为爱因斯坦思想的承继人,玻姆在1952年在引入了“隐变量”,在局域实在论的基础上产生了一个完全决定性的理论——局域隐变量理论。下边就是要实验验证到底是量子热学理论正确且完备还是局域隐变量理论正确且完备。
而贝尔定律的实验验证是一个化学实验,借以测试量子热学理论与局域隐变量理论那个正确。1964年,JohnBell定义了一个可观测量,并基于局域隐变量理论预言的检测值都不大
意味着局域隐变量理论是错误的。
贝尔不方程的诞生,宣告了量子热学理论的局域性争议,从带哲学色调纯粹思辨变为实验可证伪的科学理论。即使贝尔作为一个爱因斯坦的跟随者,其研究隐变量理论的本意是要证明量子热学的非局域性有误,可后来所有的实验都表明局域隐变量理论预言有误,而量子理论的预言与实验一致。
1972年,John和在加洲学院柏克莱中学完成第一次贝尔定律实验,因存在定域性漏洞,即纠缠的粒子之宽度离太小,不足以说明纠缠的非局域性,结果不具有劝说力。
1982年,Alan等人在伦敦第十一学院改进和贝尔定律实验,实验结果违背贝尔定律。
1998年,Anton等人在英国因斯布鲁克学院完成贝尔定律实验,彻底排除定域性漏洞,实验结果具有决定性。
2015年,丹麦Delft技术学院的研究组报导了她们在金钢石色心系统中完成的验证贝尔不方程的实验。要防止局域性漏洞,只需把两个金钢石色心放置在相距1.3公里的两个实验室。借助纠缠光子对和纠缠交换技术,她们实现了金钢石色心电子之间的纠缠。两个色心直接用光通信所需时间大约4.27毫秒,而完成一次实验的时间为4.18毫秒,比光通讯时间少90毫秒,因而解决了局域性漏洞。据悉,色心的检测效率高达96%,检测漏洞也堵死上了。其实,她们谎称实现了无漏洞的验证贝尔不方程的实验,在96%的置信度(2.1个标准差)上支持量子理论,因而证伪了局域的隐变量理论。
2016年,大贝尔实验(theBigBellTest)展开,并召集到世界各地超过10万名志愿者。在实验中诺贝尔物理学奖2023量子纠缠解读,所有志愿者都须要基于个人的自由意志不断地进行选择产生二补码随机数,在过关游戏中快速随机地按下0或则1,12小时内共持续形成每秒逾1000比特的数据流,全部记录在互联网云端,并被实时和随机地领取给分布在世界各地的相关研究团队,用以控制那些研究团队的贝尔不方程检验实验。大贝尔实验相信人类拥有真正的自由意志,通过大量参与者的自由意志,大贝尔实验在更广泛的范围太冲闭自由选择漏洞,强烈否定爱因斯坦的定域性原理。
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