蔡林格教授是我在奥地利留学时的博士生导师，1996年我加入他的课题组，实现量子隐形传态是我在蔡林格教授指导下与同事们完成的第一项实验工作。1997年底，这项工作以《实验量子隐形传态》为题发表在《自然》杂志上。1999年，这篇论文与X射线的发现、相对论的建立、DNA（脱氧核糖核酸）双螺旋结构的发现等影响世界的重大研究成果论文一起被《自然》杂志评选为“过去100年物理学21篇经典论文”之一。
这项实验工作具有划时代的意义，它不仅被认为是量子信息实验研究的开山之作，而且对于我国量子信息的发展具有非凡的意义：从此，国内学术界的主流观点基本不再质疑量子信息，为我国这一新兴领域的蓬勃发展打开了局面。
在奥地利期间，我还与教授合作完成了一系列量子物理和量子信息基础领域的开创性实验，包括实现量子纠缠交换、量子纠缠纯化、非局域性测试等。
结束在奥地利的学业和工作后，我回到中国，开始了自己对量子信息的研究。我从蔡林格教授的学生变成了他的同事，我们同时在不同的国家进行量子信息研究，友好地合作、竞争。与此同时，量子信息这个新兴领域随着其应用逐渐显现，也越来越受到各界的关注。特别是当中国科学家和工程师团队通过“墨子号”量子科学实验卫星和地面光纤干线，将量子通信推进到数千公里规模时，全世界都感受到了量子信息，特别是量子通信已经开始从人类的梦想走向现实。
随着量子信息的蓬勃发展，泽林格教授与另外两位教授艾伦·阿斯佩和约翰·克劳斯共同获得了2022年诺贝尔物理学奖。他们获奖的理由是：“利用纠缠光子进行实验，建立贝尔不等式的违反并创建了量子信息科学。”巧合的是，这正是这本书书名中的三个关键词：爱因斯坦、光子、量子隐形传态想要告诉我们的故事。
我试图理清这个故事的脉络。爱因斯坦最为人熟知的成就是相对论，但他也为量子力学的建立做出了不可磨灭的贡献。他的光量子假说是量子力学的基本概念之一，他因此获得了1921年的诺贝尔物理学奖。然而，随着量子力学理论基本框架的完成，他开始质疑量子力学本身的完备性，因为他对这个框架并不满意。
这里借用“薛定谔的猫”的例子，简单介绍一下量子叠加和量子纠缠的概念。在日常生活中，我们知道一只猫只能处于“死”或者“活”两种状态之一。但是根据量子力学，对于微观世界的一只“猫”，如果我们“看”不到它是死是活，在一定条件下，它可以处于“死”和“活”相干叠加的状态。也就是说，在这种状态下，猫的生死是完全不确定的。这种不确定性是与生俱来的，并不能随着观察手段的提高而确定。这就是所谓的“上帝掷骰子”。
虽然量子叠加这个概念相对于我们的日常经验来说很奇怪物理学家 潘，但如果将量子叠加扩展到多体系统，就会引发一个更加奇怪的现象，那就是量子纠缠。仍然用猫来比喻物理学家 潘，量子世界中的两只猫甚至可以处于“活着”和“死去”两种状态的相干叠加。在这种状态下，虽然每只猫的生死都不确定，但如果我们“看”到其中一只猫，发现它是活着的，另一只猫就会瞬间“坍缩”到“活着”的状态，反之亦然，即使两只猫相隔很长的距离。换句话说，两只猫的生死状态是完美关联的，就好像它们“纠缠”在一起一样，这就是量子纠缠一词的由来。
显然，爱因斯坦并不满足于量子力学能允许如此奇特的现象存在，于是他和两位同事在1935年发表的一篇著名论文中做了一些推论：首先，假设爱丽丝和鲍勃分别观察两只猫的生死状态。如果他们观察之间的时间间隔很短，以至于宇宙中最快的光都来不及“透漏”爱丽丝和鲍勃之间的观察结果，那么他们各自的观察结果就是完全独立的，物理学上称之为“类空分离”；其次，即使是类空分离，利用量子纠缠观察结果的相关性，也可以根据爱丽丝的观察结果立即准确地预测鲍勃的观察结果。比如爱丽丝看到自己身边的猫“活着”，她就能立即确定，如果鲍勃去看自己身边的猫，那猫也一定是“活着的”，反之亦然。
因此，对于两个完全独立的观察事件，爱丽丝每次都能准确地预测鲍勃的观察结果。这只能这样解释：鲍勃的观察结果，也就是鲍勃的猫的生死状态，在观察之前就已经确定了，并不是量子力学所描述的“不确定”。这就是爱因斯坦坚持的“局部实在”。
然而，尼尔斯·玻尔等人所推崇的量子力学认为，猫的生死状态在被观察之前是不确定的。一旦爱丽丝进行了观察，她的猫的生死状态就确定了，鲍勃的猫的生死状态也确定了，无论这两只猫相距多远。
这就是“量子力学的非局域性”。
两种观点虽然截然不同，但都能够解释量子纠缠观测结果的关联现象，因此这场争论暂时只能停留在哲学层面。
直到1964年，北爱尔兰物理学家约翰·贝尔提出了贝尔不等式，这为通过实验检验这两种观点哪一种是正确的提供了可能。简单来说，两个粒子的各种测量结果可以组合起来形成一个不等式。如果“局域现实”是正确的，那么这个不等式一定成立；反之，如果违反了贝尔不等式网校头条，那么爱因斯坦的“局域现实论”就是错误的。按照量子力学的预言，从量子纠缠态出发，有可能找到一个违反贝尔不等式的组合。
接下来就是实验验证。从20世纪70年代开始，以蔡林格教授等3位诺贝尔奖得主为代表的物理学家，通过大量实验，愈加严格地验证了贝尔不等式的违背，从而证明了量子力学的正确性。
除了在量子物理基础领域的探索，物理学家们通过实验验证贝尔不等式被违背，发展了主动、精确操控量子态的技术，使人们可以利用量子态来编码、调制、传输和测量信息，从而诞生了一门新的学科：量子信息。量子信息可以提供原则上无条件安全的通信、超快的并行计算能力、超高的测量精度，将给信息科学、材料科学、生命科学，乃至宇宙奥秘的探索带来革命性的突破，现已成为当今物理学发展的最前沿领域之一。也可以看出，从爱因斯坦提出光量子假说，到爱因斯坦与玻尔用“光子盒”等各种思想实验进行辩论，到光子纠缠的制备和操控，到量子隐形传态的实现，从概念到实践，光子在量子力学和量子信息的发展中发挥了极其重要的作用。 这也许就是这本书被命名为《光子之舞》的原因。
（作者为中国科学院院士、中国科学技术大学常务副校长）