2022年诺贝尔化学学奖授予阿兰·阿斯佩（Alain）、约翰·克劳泽（JohnF.）和安东·塞林格（Anton ），嘉奖她们“用纠缠光子进行实验，确立了贝尔不方程的遵守，开创了量子信息科学”。
其中，安东·塞林格是中国农大“爱因斯坦讲席院士”，他也是中国量子信息领军人物潘建伟在英国留学时的博士生导师。塞林格常年关爱中国农大国际合作和人才培养工作，积极推进中奥学术交流。他曾多次作客中国农大“大师峰会”以及“墨子沙龙”活动，鼓励和推动青年学子涉足量子科技事业。2020年，安东·塞林格被授予“中国政府友谊奖”。
塞林格作客“墨子沙龙”，给青年学子述说量子科学与技术（拍摄于2019年）
值得一提的是，诺贝尔奖授予量子信息科学，中国科学家也作出了重要贡献。早在上世纪90年代，潘建伟就和导师塞林格一起举办量子信息实验研究。诺贝尔奖新闻发布会和得奖工作的官方介绍文件中，都大量引用了潘建伟及其团队的成果与贡献。诸如，诺奖官方介绍中注重指出了量子隐形传态、纠缠交换的首次实现等工作，而在这一系列工作中，潘建伟都起到了核心作用；诺奖新闻发布会上还重点展示了“墨子号”的工作，正是这种后续优秀工作的推进，量子信息从初期的梦想变为现实，量子信息先驱入选诺奖更众望所归。
量子信息科学是正在快速发展的新兴学科。对于一个初生的儿子，他的力量，就是生长的力量。我们有理由期盼，量子信息科学将给人们带来更多惊喜，而中国科学家也将作出更重要的贡献。
以下文章翻译自诺贝尔奖委员会对得奖工作的官方介绍文件。
量子热学的基础不仅仅是一个理论或哲学问题。借助单粒子系统的特殊性质来建立量子计算机、改进检测、建造量子网路和安全的量子保密通讯，这种研究和进展正在蓬勃发展之中。
量子纠缠
许多应用依赖于量子热学的一个奇特性质：容许两个或更多粒子存在于一个共享的状态，无论它们相距多远。这就是所谓的“纠缠”。自从量子热学构建以来，它仍然是争辩最多的主题之一，阿尔伯特·爱因斯坦称其为“幽灵般的超距作用”，埃尔温·薛定谔觉得这是量子热学最重要的特征。
去年的得奖者对纠缠的量子态进行了探求，她们的实验为目前正在进行的量子技术革命奠定了基础。
远离日常经验
当两个粒子处于量子纠缠态时，对其中一个粒子的性质进行检测，无需检查就可以立刻晓得假如对另一个粒子进行同等检测将会得到哪些结果。
初看上去，这似乎并无奇怪之处。将粒子看作小球，我们想像这样一个实验：其中的红球朝一个方向行进，而白球朝相反方向行进。假如观察者接住了一个球、看到它是灰色的，这么可以立刻获知：向另一个方向行进的球是蓝色的。
而量子热学的独特之处在于，在被检测之前，量子版本的“小球”没有确定的状态。这就好象两个球都是黑色的，直至有人看了其中一个球。这时，这个球都会随机地或则获得两个球的所有红色元素或则显示为红色，而另一个球同时弄成相反的颜色。
然而，如何可能晓得这种球一开始就没有一个被设定好了的颜色呢？虽然它们看上去是黑色的，其实在它们内部有一个“隐藏的标签”，规定好了当有人看它们时，它们应当弄成哪种颜色。
无人观看之时，颜色是否存在？
量子热学中的纠缠对可以称作一台把相反颜色球向相反方向抛掷的机器。当鲍勃抓到一个球、看到它是白色的，他立刻就可以晓得爱丽丝抓到的是红色的球。有一种理论，它引入了隐藏变量，也就是说，这种球仍然包含着关于显示哪些颜色的隐藏信息。但是量子热学却说，这种球是白色的，直至有人看它们——这时，随机地，其中一个弄成红色，另一个弄成蓝色。
贝尔不方程表明，有一些实验可以分辨这种情况。这种实验最终证明了量子物理专业介绍，量子热学的描述是正确的。
去年诺贝尔化学学奖所奖励的研究中，一个重要部份是称作“贝尔不方程”的理论看法。是量子热学的不确定性，还是具有某种秘密指令（或说隐变量）的另一种理论？贝尔不方程能让我们对其进行分辨。实验早已表明，大自然正如量子热学所预测的那样运行。球是白色的，没有秘密信息，机率决定了在实验中什么球弄成黄色、哪些弄成蓝色。
量子热学的最重要资源
纠缠的量子态给怎么储存、传输和处理信息带来了新的可能。
假如纠缠对中的粒子朝相反的方向行进，其中一个粒子以某种形式与第三个粒子相遇而致使它们形成了纠缠，这时有趣的事情发生了。它们会步入一种新的共享状态。第三个粒子丧失了其特点，但它原先的性质如今早已转移到了原先纠缠对中如今“落单”的那种粒子上。将未知量子态从一个粒子转移到另一粒子的这些方法被叫做“量子隐型传态”。这类实验由安东·塞林格及其朋友在1997年首次完成。
值得注意的是，量子隐型传态是将量子信息从一个系统转移到另一系统而没有任何损失的惟一方式。想要检测出一个量子系统的所有性质，之后将其传输给接收者来重建整个系统，这是绝对不可能的。这是由于一个量子系统可以同时包含每个性质的多个“版本”，每位版本在检测中都有一定的出现机率。而一旦执行了检测，就只剩下一个版本，即被检测仪器读取的那种。其他的早已消失，不再可能晓得它们的任何事情。但是，完全未知的量子性质可以通过量子隐型传态来传输，它将完好无损地出现在另一个粒子上，其代价是在原粒子中消失殆尽。
一旦这在实验中被否认，下一步就是使用两个纠缠粒子对。假如每位粒子对中的一个粒子以一种特殊的形式被集聚到一起，这么每位粒子对中未受扰动的那种粒子都会纠缠在一起，即便它们未曾互相接触过。这些纠缠交换在1998年由安东·塞林格的研究小组首次否认。
未曾相遇的纠缠粒子
两对纠缠粒子从不同的源发射下来。每对粒子中的一个粒子（图中的2和3）以一种特殊的形式被集聚到一起、发生纠缠。这么，另外两个粒子（图中的1和4）也被纠缠上去。通过这些方法，两个未曾接触过的粒子可以纠缠在一起。
光子（即光的粒子）的纠缠对，可以通过光纤往相反的方向发送，并在量子网路中起到讯号作用。两对光子对之间的纠缠促使扩充网路节点之间的距离成为可能。光子通过光纤发送的距离是有限制的，由于光子会被吸收或丧失其性质。普通的光讯号可以沿途被放大，但这些方式不适用于纠缠对——放大器必须捕获并检测光，这将破坏纠缠。但是，纠缠交换意味着可以将原始状态发送得更远，进而实现比其他方法更长的传输距离。
从佯谬到不方程
这一进展基于多年的发展。它源于令人惊讶的洞察力——量子热学容许一个单一量子系统被分割成彼此分离的各部份，但它们一直作为一个整体来行动。
这违反了关于因果和现实本质的所有一般看法。一个风波如何可能被发生在另一地方的风波影响呢——如果没有接受到来自哪里的某种方式的讯号？讯号的传播速率不可能超过光速——但在量子热学中，一个扩充系统的不同部份虽然完全没有必要通过讯号来联接。
爱因斯坦（）觉得这是不可行的，并与同学波多尔斯基（Boris）、罗森（Rosen）一起研究了这一现象。她们在1935年提出了她们的推论：量子热学虽然没有提供对现实的完整描述。这被称为EPR佯谬，以研究人员姓名的首字母命名。
问题是，是否有一种对世界更完整的描述，而量子热学只是其中的一部份。诸如，事情可以是这样：粒子总是携带关于它们被检测后将显示哪些结果的隐藏信息。这么，所有的检测都显示了就在执行检测的位置所具有的性质。这类信息一般被叫做“局域隐变量”。
当时在CERN工作的北爱尔兰化学学家约翰·贝尔（JohnBell）对这一问题进行了仔细研究。他发觉有一类实验，可以测量世界是否纯粹是量子热学的，或则是否可能存在带有隐变量的另一种描述。重复多次他的实验，所有隐变量方式的理论所显示出的结果之间的相关性，都必须高于或最多等于某一特定值。这就是所谓的“贝尔不方程”。
但是，量子热学可以违背这一不方程。它所预测的结果之间的相关性比任何局域隐变量理论的预测都要高。
1960年代，约翰·克劳泽还是一名中学生时，就对量子热学的基础原理形成了兴趣。当读到约翰·贝尔的看法后，这一看法就回荡在他脑海之中、挥之不去。最终，他和其他三名研究人员提出了一个可以在现实实验中执行的合同，来测试贝尔不方程。
实验涉及往相反方向发送一对纠缠的粒子（见右图）。实际中，使用的是具有偏振光性质的光子。当粒子被发射时，偏振光方向是不确定的，惟一可以确定的是粒子具有平行的偏振光。可以用滤光片来举办研究，此滤光片准许特定方向的偏振通过。这就是许多太阳镜所借助的效应，它可以抵挡在某一平面上偏振光的光线，比如被海面反射的光。
约翰·克劳泽使用的是钙原子，被一种特殊的光照射后，它可以发出纠缠光子。他在两侧各设置了一个滤光片，拿来检测光子偏振光。经过一系列检测，他发觉它们违背了贝尔不方程。
实验中，当两个粒子被发送到朝向平行放置的滤光片（例如都垂直放置）时，假若一个粒子才能通过，这么另一个也会通过。而当两个滤光片彼此成直角放置，这么一个粒子会被抵挡，而另一个将通过。巧妙之处在于，针对有一定倾斜角、不同方向放置滤光片的情况进行检测，结果会有变化：有时两个粒子都通过，有时只有一个通过，有时都不通过。两个粒子同时通过滤光片的机率取决于滤光片之间的角度。
量子热学造成了检测之间的相关性。一个粒子通过的可能性取决于在实验装置另左侧测试其“伙伴”偏振的滤光片的角度。这意味着，在个别角度上，两个检测的结果违背了贝尔不方程，与由隐变量支配、预先早已确定了的结果相比，具有更强的相关性。
被违背的不方程
约翰·克劳泽立刻开始施行这一实验。他建造了一台一次发射两个纠缠光子的仪器，每位光子都射向一个测量其偏振光的滤光片。1972年，与博士生斯图尔特·弗里德曼（，1944—2012）一起，她们展示了显著违背贝尔不方程的实验结果，与量子热学的预测一致。
在此后的几年，约翰·克劳泽和其他化学学家继续讨论这一实验以及实验的不足。其中之一是，在粒子的制备和捕获上，实验总是效率很低。检测也是预先设定好的，滤光片处在固定的角度。因而存在漏洞，观察者可以对结果提出指责：会不会是因为实验装置以某种形式选择了刚好具有强相关性的粒子量子物理专业介绍，而没有检查到其他粒子？假如是这样的话，粒子仍可能携带有隐藏信息。
去除这一漏洞是困难的，由于纠缠的量子态非常脆弱、难以操控；处理单个光子是必要的。当时的德国博士生阿兰·阿斯佩没有被困住，经过多次迭代改进，他建立了一个新版本的设置。在他的实验中，可以记录通过滤光片的光子和没有通过的光子。这意味着可以测量到更多的光子，检测更好了。
在实验的最后一个改进版本中，他还能否将光子导向以不同角度放置的两个不同滤光片。巧妙之处在于，纠缠光子从源中生成、发射出以后，还有一种机制，就能改变它们的方向。滤光片只在6米之外，所以方向切换须要在十亿分之1秒量级之内完成。假如光子即将抵达那个滤光片的信息影响了它从源发射的方法，它就不会抵达哪个过滤器。实验两侧的滤光片信息也不会传到实验的另左侧，因而影响哪里的检测结果。这样，阿兰·阿斯佩挡住了一个重要的实验漏洞，给出了一个清晰明晰的结果：量子热学是正确的，没有隐变量。
阿兰·阿斯佩改进了实验，他使用了一种新方法来迸发原子，就能以更高的速度发射纠缠光子。他还可以实现不同设置之间的切换，使系统不包含任何可能影响结果的预置信息。
安东·塞林格后来对贝尔不方程进行了更多测试。他通过激光照射特殊晶体来制备纠缠光子对，并使用随机数来控制检测设置之间的转换。有一个实验，是使用来自遥远星体的讯号来控制滤光片，确保讯号不互相影响。
量子信息的时代
这种以及类似的实验为现在蓬勃发展的量子信息科学研究奠定了基础。
操纵和管理量子态的能力，能给我们带来新工具，其潜力出乎我们的想像。这是量子估算、量子信息的传输和储存以及量子加密算法的基础。如今，具有两个以上粒子的系统（所有粒子都纠缠在一起）正在步入实际应用，安东·蔡林格和他的朋友们是第一个探求的。两个以上粒子的系统——所有粒子都是纠缠在一起的，如今正在使用中，而安东·蔡林格及其朋友是最早探求这些系统的人。
这种日渐建立的工具使现实应用越来越近。如今早已证明了，穿越数十公里光纤的光子之间，以及卫星和地面接收站之间存在纠缠量子态。在很短的时间内，世界各地的研究人员发觉了借助量子力学最强悍特点的好多新技巧。
第一次量子革命给与了我们晶体管和激光。得益于操纵纠缠粒子系统的现代工具，我们如今正在步入一个新时代。
（翻译：王佳）