2022年10月4日上海时间17时45分许，2022年诺贝尔化学学奖授予美国学者阿兰·阿斯佩（Alain），法国学者约翰·克劳泽（John ）和法国学者安东·蔡林格（Anton ），以嘉奖她们“用纠缠光子进行实验，证伪贝尔不方程，开创量子信息科学”。
阿兰·阿斯佩（Alain）1947年生于德国阿让，1983年获英国伦敦第十一学院博士学位，历任伦敦萨克雷学院和伦敦综合理工大学院长。
约翰·克劳泽（John）1942年生于法国加利福尼亚州帕萨迪纳，1969年获德国波兰学院博士学位。日本J．F＆Assoc公司创始人、研究化学学家。
安东·蔡林格（Anton）1945年出生于德国因河地区里德。1971年在法国维也纳学院获得博士学位，现为维也纳学院院长。
量子热学并不仅仅是一个理论或哲学问题，更拥有广泛的应用基础。早已有大量研究正专注于借助单个粒子系统的特殊属性来建造量子计算机、改进检测方式，以及建立量子网路和安全的量子加密通讯。
在量子热学中容许出现这样一种情况：无论相距多远，两个或多个粒子还能共享化学状态，这被称为量子纠缠。自从该理论提出以来，它仍然是量子热学中争辩最多的元素之一。阿尔伯特·爱因斯坦称之为“幽灵般的超距作用”，而薛定谔说这是量子热学最重要的特点。
去年的得奖者探求了这种纠缠的量子态，她们的实验为目前正在进行的量子技术革命奠定了基础。
赶超日常体验
当两个粒子处于纠缠态时，人们只要检测其中一个粒子的特点，这么就可以立刻确定另一个粒子的等效检测结果。
乍一看，这似乎并不奇怪。我们可以换个角度，将粒子类比成白色和红色的球。想像一个实验，一个红球朝一个方向发送，另一个白球朝相反方向发送。假如观察者接住一个球并看见它是黑色的，这么可以立刻得悉向另一个方向行进的球是蓝色的。
量子热学这么非常的缘由在于，在被检测之前，量子热学中的“球”并没有确定的状态。就好象两个球都是黑色的，直至有人见到其中一个。这时，这个球可能会呈现为红色，也可能呈现为红色。而另一个球都会立刻弄成相反的颜色。
但问题在于，我们如何晓得这种球最开始的颜色是不固定的呢？虽然它们看上去是黑色的，但其实它们富含一个隐藏的标签，标明了当有人看见它们时，这种球应当弄成哪种颜色。
量子热学中互相纠缠的粒子对可以称作向相反方向抛出的相反颜色的球。当鲍勃接住一个球并看见它是红色的时侯，他能立刻晓得爱丽丝接住了一个蓝色的球。关于隐变量的理论觉得，这种球总是包含了关于显示哪些颜色的隐藏信息。可是，量子热学觉得，在有人看见它们之前，这种球是白色的，之后其中一个随机弄成蓝色，而另一个弄成蓝色。贝尔不方程表明，有一些实验可以分辨这两种情况——实验证明，量子热学的描述是正确的。
获得去年诺贝尔化学学奖的研究的一个重要部份是贝尔不方程（Bell）。贝尔不方程促使科学家可以通过实验，分辨量子力学和隐变量这两种理论。实验表明，正如量子热学所预测的那样，这种球是红色的，没有包含任何隐藏信息。在实验中，那个球弄成红色、哪个弄成红色，是机率决定的。
量子热学最重要的资源
纠缠的量子态提供了储存、传输和处理信息的新可能性。
假如一对互相纠缠的粒子同时向相反的方向行进，其中一个粒子与第三个粒子发生纠缠，有趣的现象都会出现。它们将转化为一个新的共享态。第三个粒子会丧失独立性，但它的量子态属性会转移到与它纠缠的粒子（原始纠缠粒子对之一）上。纠缠如今已从原始对转移到单独的粒子。这些将未知量子态从一个粒子转移到另一个粒子的形式被称为量子隐型传态。1997年，安东·蔡林格和他的朋友，首次实现了量子隐型传态的实验。
值得注意的是，量子隐型传态是将量子信息从一个系统传输到另一个系统时，不会损失任何信息的惟一方式。想要检测一个量子系统的所有属性，而后传输这种信息并借此来重建整个系统是绝对不可能的。量子系统可以用机率叠加的量子态来完全描述，这意味着一个量子系统同时包含了多个量子态，每一个量子态都有一定的机率在检测时出现。
而一旦进行检测，这么量子系统都会坍缩为一个量子态，也就是通过检测系统观测到的态。而量子系统所有与检测得到的末态相叠加的态，在观测后将完全消失，任何方法都不能再对其进行检测。但是量子传输速度，通过量子隐型传态，我们可以将完全未知的量子态信息完好无损地转移到新的粒子中，但代价是破坏原始粒子所携带的信息。
科学家通过实验证明了这一点，下一步就是尝试两对纠缠粒子间的量子隐型传态。若果两对纠缠的粒子对中的一个粒子，以特定形式集聚在一起，这么两对中未受干扰的粒子可能会发生纠缠，虽然它们未曾互相接触。1998年，安东·蔡林格的研究小组首次证明了粒子对间纠缠的交换。
纠缠的光子对可以通过光纤以相反的方向传输，并在量子网路中充当讯号。两组纠缠粒子对间发生的纠缠，致使扩充量子网路节点之间的距离成为可能。一般，光子在被吸收或丧失其量子特点前，能通过光纤传输的距离是有限的。尽管普通的光讯号可以通过光纤一路放大，但这不适用于纠缠的光子对。光讯号放大器须要捕获和检测光子来实现放大作用，这种操作正破坏了光子对的纠缠。而粒子对间的纠缠交换意味着可以将原始的量子态传输得更远，实现相比其他方法更长的超远距离传输。
两对纠缠的粒子对从不同的来源发射。每对中的一个粒子（图中的2和3）通过一种特殊的形式发生纠缠。由此，另外两个粒子（图中的1和4）也将发生纠缠。这样，两个未曾接触过的粒子能够纠缠到一起。
从佯谬到不方程
事实上，这一进展基于多年的研究发展。它源于令人无法置信的发觉：量子热学准许将单个量子系统界定为彼此分离，同时仍表现为一个整体的多个单元。
这违反了所有关于因果和现实本质的常见观点。一个系统怎样在遭到其他地方系统影响的同时，却不受它传递的讯号影响？数学规律决定了，讯号的传播速率不能超过光速——但在量子热学中，虽然根本不须要讯号来联接扩充系统的不同部份。
阿尔伯特·爱因斯坦觉得这是不可行的。他和朋友鲍里斯·波多尔斯基（Boris）、内森·罗森（Rosen）一起研究了这些现象。她们在1935年提出了她们的结论：量子热学虽然没有提供对现实的完整描述。依据研究人员的姓名首字母，这个结论被称为EPR佯谬。
问题是，是否可以对世界进行更完整的描述，而量子热学只是其中的一部份。比如一种解释方式是，粒子总是携带了一些隐藏的信息，这种信息表明它们将显示哪些样的实验结果。借以推论，所有检测行为都包含了检测发生位置的信息。这种类型的信息一般称为局域隐变量。
在法国核子研究中心（CERN）工作的北爱尔兰化学学家约翰·斯图尔特·贝尔(JohnBell，1928-1990)仔细研究了这个问题。他发觉有一种实验可以验证世界是否完全符合量子热学规律，或则是否可以有另一种带有隐变量的描述。假如这个实验重复多次，所有隐变量相关的理论都显示出结果之间的相关性必须高于或至多等于某个特定值，也就是贝尔不方程。
但是，量子热学可以违背这个不方程，也就是结果之间的相关性可以小于特定值。
1960年代，约翰·克劳泽还是一名中学生时，他就对量子热学的基础知识形成了兴趣。当他读到了约翰·贝尔的看法后，他忍不住不停地思索这些方式的可能性。最终，他和其他三名研究人员提出了一个可以在现实中实现的实验，来测试贝尔不方程。
该实验涉及向相反方向发送一对纠缠粒子。在实践中，使用了具有偏振光特点的光子。当粒子被发射时，极化方向是不确定的，惟一可以确定的是粒子具有平行极化。
借助容许通过特定方向偏振的滤光片，就可以研究光子的偏振光特点。许多太阳镜中就用到了这些滤光片，它可以抵挡在某个平面上被偏振光的光，比如水反射的光就包含了偏振。
假如实验中的两个粒子都被发送到平行放置的滤光片，例如两个垂直放置的滤光片，假若一个粒子还能通过——那么另一个也会通过。而假如两个滤光片彼此成直角，这么其中一个粒子会被抵挡，而另一个将通过。关键在于，使用以不同夹角放置的滤光片进行检测时，结果可能会有所不同：有时两个粒子都能通过，有时只有一个，有时没有。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结果之间的相关性。一个粒子通过滤光片的可能性，取决于另一个粒子在进行实验时滤光片设置的角度。这意味着，在个别角度时，两个检测结果的相关性将违背贝尔不方程。而假如结果由隐变量控制，这么在粒子发射时就早已能预先确定，结果间也会具有更强的相关性。
被违背的不方程
约翰·克劳泽立刻开始实验。他建造了一个装置，一次发射两个纠缠光子，每位都打向测量偏振光的滤光片。1972年，他与博士生斯图尔特·弗里德曼（，1944-2012）一起，展示了一个显著违背贝尔不方程的结果，并与量子热学的预测一致。
在接出来的几年里，约翰·克劳泽和其他化学学家继续讨论这个实验及其局限性。局限之一是，该实验在制备和捕获粒子方面效率低下。并且因为检测是预先设置好的，滤光片的角度是固定的，因而存在漏洞，观察者可以指责：假如实验装置偶然以某种形式选择了具有强相关性的粒子，而没有检查到其他粒子，该如何办？假如是这样，粒子依然可能携带隐藏的信息。
这个特殊的漏洞无法清除，由于纠缠在一起的量子态是这么脆弱，无法管理。因而有必要处理单个光子。当时还在美国读博的阿兰·阿斯佩没有被困难打垮，他构建了一个新版的实验，并迭代改进了几次。在他的实验中，他可以记录下什么光子通过了滤光片、哪些没有。这意味着有更多光子被测量到了，检测疗效更好。
在他最终版本的测试中，他还能否将光子引导到两个角度不同的滤光片。这些策略是一种机制，可以在纠缠光子对被制备后，改变它的方向。滤光片只有六米远，因而改变须要在几个十亿分之1秒的时间内完成。假如关于光子将抵达那个滤光片的信息会影响它从光源发射的方法，这么它就不会抵达该滤光片。关于实验另左侧的滤光片的信息也不能抵达另左侧并影响哪里的检测结果。
阿兰·阿斯佩通过这些方法补上了一个重要的漏洞，并提供了一个十分明晰的结果：量子热学是正确的量子传输速度，不存在隐变量。
量子信息时代
这种实验以及类似的实验为当前对量子信息科学的深入研究奠定了基础。
就能操纵和管理量子态及其所有属性使我们能否实现一种工具，而前者具有我们意料之外的潜力。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。
约翰·克劳泽使用了钙原子。他用一种特殊的光照射钙原子以后，可以发射纠缠光子。他在左侧用滤光片检测光子的偏振光。经过一系列检测，他证明它们违背了贝尔不方程。
阿兰·阿斯佩开发了这个实验，通过一种新的迸发原子的方式，使它们以更高的速度发射纠缠光子。他还可以在不同的设置之间切换，这样系统就不会包含任何可能影响结果的预先信息。
安东·蔡林格后来对贝尔不方程进行了更多测试。他通过将激光照射在特殊晶体上来制备纠缠光子对，并使用随机数切换检测设置。一项实验使用来自遥远星体的讯号来控制滤光片并确保讯号不会互相影响。
这种日趋健全的工具让我们离实际应用更近了。如今早已证明，通过数十千米光纤发送的光子之间，以及卫星和地面站的光子之间都能完善纠缠态。在很短的时间内，世界各地的研究人员发觉了许多借助量子力学最强悍特点的新方式。
第一次量子革命给了我们晶体管和激光，但因为可以操纵纠缠量子系统的现代工具，我们如今正在步入一个新时代。
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