上海时间10月4日上午5点45分，化学学家阿兰·阿斯佩（Alain）、约翰·克劳泽（JohnF.）和安东·塞林格（Anton），一齐被英国皇家科大学授予了2022年度诺贝尔化学学奖，以嘉奖她们“通过光子纠缠的一系列实验，打破了贝尔不方程的限制，并开创了量子信息的研究领域”。
这三位顶尖科学屋内，阿兰·阿斯佩来自美国，目前任教于伦敦-萨克雷学院和伦敦综合理工大学；约翰·克劳泽来自英国，目前就职于自己在湾区猕猴桃溪市创立的一家公司；安东·塞林格是法国维也纳学院的一名院士。她们两人将平分1000万澳大利亚卢布（约合人民币650亿元）的奖金。
这么，量子纠缠指的是哪些？贝尔不方程的意义何在？三位诺奖得主分别作出了哪些贡献？本文将用浅显语言尝试回答那些问题。
关于量子纠缠与EPR佯谬
“量子纠缠（）”这一术语最早由埃尔温·薛定谔提出，他称之为量子热学最重要的特点。用化学的语言来说，对于一个处于纠缠态的多粒子系统，其量子态函数不能分解成各个部份的量子态的乘积。浅显的讲，量子纠缠指的是在空间上分开的两个或多个粒子量子物理纠缠什么意思，因为某种互相作用，促使各个粒子所拥有的信息或化学性质成为了整体特点而难以分离。
举例来说，单个电子随机地具有两种可能的载流子模式，即所谓的“向上”或“向下”，而处于纠缠态的电子对（比如氦原子核外的电子），未能做到只检测其中一个电子的载流子而不影响另一个，即单个电子的量子态未能从整体中剥离而不引起其他影响。
图|两粒子的量子纠缠概念图（来源：诺贝尔官网）
按照量子理论，当观测者对纠缠态的电子进行实验检测时，假如其中一个电子的检测结果（随机地）呈现载流子向下量子物理纠缠什么意思，这么另一个电子立即弄成（确定地）载流子向上，虽然没有人在检测它，反之亦然。并且这个现象跟两个电子的距离无关！换句话说，虽然两个电子分别坐落银河系的两端，只要检测了其中一个的载流子，另一个的载流子状态就确定了，即一个实验的结果可以立即影响另一个的结果。
但问题是，一个电子怎样顿时得知遥远的另一个电子的载流子状态，因而选择让自身的载流子保持相反呢？她们之间是否还能通过某种超距作用（即传播速率无穷大的互相作用）传递信息？假如承认这些“幽灵般的”超距作用的存在，就违反了狭义相对论的时空观。这就是知名的EPR佯谬（--Rosen）核心思想所在。
爱因斯坦等人企图借助该佯谬否定量子力学的完备性，从而提出了一种称为隐变量理论的量子热学的取代描述，其基本思想是：量子体系中存在某种隐藏变量，实验观测的结果才能由该隐藏变量决定，而非量子热学描述的那样随机出现。
关于贝尔不方程和验证实验
量子热学提出，纠缠态量子体系中的各部份在实验检测之前不存在确定的可观测性质，而隐变量理论强调，存在某种隐藏属性促使我们可以在实验检测之前就确定检测结果。双方争吵不下，谁也劝说不了谁，直至贝尔不方程的出现。
图|量子理论与隐变量理论的区别示意图（来源：诺贝尔官网）
约翰·贝尔基于隐变量理论，于1964年提出了后来以他名子命名的知名不方程。该不方程强调，对于任意的定域实在理论（编者注：所谓的“定域实在”可以理解为，一个微观粒子只在空间局部具备其数学特点并决定任意检测操作的实验结果），粒子间的某种相关函数的值不会超过一个固定上限。贝尔提出了一个可以验证该不方程的思想实验，而且证明了量子理论一定会违背这个不方程。
接出来就轮到明年三位诺奖得主之一的约翰·克劳泽上场了。
因为贝尔考虑实验时对侦测器采取的一些假定很难得到验证，因而他提出的原始思想实验并不适宜进行实际测试。直至1969年，克劳泽及其合作者对贝尔不方程进行了改进，致使其容易进行实验验证，并提出了一种实验装置（示意图如右图）。
图|克劳泽提出的贝尔不方程验证实验示意图（来源：诺贝尔官网）
在该实验中，光源S持续形成向相反方向传播的、处于偏振光纠缠态的光子对，Alice和Bob（编者注：这两个名子广泛用于量子信息领域，指代两个观测者）分别借助特定的侦测器观测光子的偏振光态，并统计得到观测结果的关联函数。克劳泽发觉，实验结果超过了贝尔不方程给出的关联函数的上限，因此该实验是对隐变量理论的否定。
但是，克劳泽的实验装置存在所谓的“定域性漏洞”，未能排除Alice和Bob之间存在信息交流的可能。这也给了阿兰·阿斯佩（即去年第二位化学诺奖得主）大显身手的余地。
1982年，阿斯佩等人改进了克劳泽的贝尔不方程验证实验，区别在于新的实验装置就能更频繁的发射纠缠光子对，但是偏振光检测装置可以在实验中随机调整，因此部份地修复了定域性漏洞。她们发觉，该实验结果依然违背贝尔不方程。
在1998年和2015年，安东·塞林格团队进一步建立了贝尔定律实验，先是彻底清除了定域性漏洞（由于阿斯佩的实验装置一直未能排除Alice和Bob距离太近导致的关联），而后实现了无漏洞的贝尔不方程实验，其结果均与量子热学的预测一致，为隐变量理论和量子理论之争画下了句号。
随后多年，塞林格团队借助纠缠态的光子进行了更多实验，而且还借助量子纠缠特点展示了“量子隐型传态”和“量子纠缠交换”等独特现象。在“纠缠交换”实验中，塞林格团队发觉，在两对不相关的纠缠态粒子对中，如右图中的1-2和3-4，倘若能让2与3纠缠，则1与4也会自发处于纠缠态。
图|量子纠缠交换现象的示意图（来源：诺贝尔官网）
塞林格通过一系列的这种实验，从原理上验证了对量子态进行传输的可能性，开创了量子信息这一学科领域。
值得一提的是，中国科学家对量子信息领域的发展作出了不可磨灭的贡献。中国科大学教授潘建伟正是塞林格的博士中学生。塞林格为量子信息奠基的四篇文章中，潘建伟是其中两篇的第一作者，也是另外两篇的第二作者（相关论文见文末参考）。潘建伟也在国外创建了阵容强悍、硕果甚多的量子信息科研团队。
10月4日当日，诺贝尔化学学奖委员会主席在发布会上展示了一张有中国“墨子号”量子卫星参与的实验示意图，显示的是中国科大学的潘建伟课题组与法国的塞林格课题组于2018年共同进行的洲际量子通讯实验。
图|中国的“墨子号”量子卫星（来源：诺贝尔奖发布会现场）
时至今日，虽然诺贝尔奖仍未垂青，并且中国在量子通讯领域的研究成果一直处于世界领先地位。
支持：大义、张智、彭畅、李传福（排行不分先后）
参考资料：
D.,J.-W.Pan,K.,M.Eibl,H.andA.,390,575(1997).
J.-W.Pan,D.,H.andA.,Phys.Rev.Lett.80,3891(1998).
D.,J.-W.Pan,M.,H.andA.,Phys.Rev.Lett.82,1345(1999).
J.-W.Pan,D.,M.,H.andA.,403,515(2000).
