量子热证明“世界是随机的,上帝也掷骰子”。 但科学家们花了近一百年的时间才证明量子热是正确的。
1964年,美国化学家约翰·贝尔(John Bell)提出了著名的贝尔不等式,其本质是“世界是非局部的,不能由局部变量决定”。 但当时没有人能够解释量子纠缠是如何运作的。
在接下来的近60年里,一大批科学家通过工作和实验证明了贝尔不等式,其中三人最终于2022年10月4日获得了诺贝尔化学奖。他们通过演示和利用,为量子信息铺平了道路。纠缠机制使得远距离操纵粒子甚至传送它们的特性成为可能,并为量子计算机的发展奠定了基础。
这个在业界看似姗姗来迟的奖项对于量子科学领域来说无疑是一个重大消息,将加速量子信息和量子计算领域的快速发展。 业界反响热烈。
颁奖为何迟到?
此次获得诺贝尔化学奖的三位科学家之一、法国化学家阿兰·阿斯佩(Alain)告诉记者,他的手机一直响个不停,庆祝声从四面八方传来。 “我想我以后应该学会适应一段时间,”阿斯佩说。
阿斯佩的好同事、日内瓦研究所量子密码专家、ID院长尼古拉斯·吉辛联合创始人也第一时间向阿斯佩发来了贺电。 “其实他还没来得及回答。” 吉森告诉第一财经记者,“我想他可能还是很难相信自己获奖的事实,这个奖项来得太晚了,他可能已经不再期待了。”
吉森认为量子热早在 20 世纪 80 年代就应该获得诺贝尔奖。 “阿斯佩和克劳斯这两位科学家的工作很早,他们应该在20世纪80年代和贝尔一起获得诺贝尔奖,他们早就应该得到认可;塞林格的到来让量子热在应用方面起飞了。” 他告诉第一财经记者。
1990年贝尔去世时年仅62岁。 他没有等到诺贝尔奖,这是数学界的一大遗憾。 “贝尔试图证明量子热是不完全的,带着与爱因斯坦相同的指责态度,但他发现了相反的结果!克劳斯也做了这个实验,他最初假设他会发现量子力学是错误的,但他也结果却与他的预想相反!” 吉森告诉第一财经记者。
量子纠缠是量子化学中最奇怪的现象。 在爱因斯坦看来,宇宙是局域化的,两个粒子只有在距离很近时才能相互作用。 如果这些相互作用可以在长距离内进行,则意味着某些东西可以以比光速更快的速度进行通信。 爱因斯坦认为这是不可接受的。
贝尔提出的不等式攻击了爱因斯坦的理论。 如果有一个实验违反了这个不等式,那就将证明量子化学的非定域性,从而证明量子纠缠。 克劳斯和阿斯佩的工作发现,两个相距 12 米的纠缠光子违反了贝尔不等式,证明了宇宙的非定域性。
吉森认为,诺贝尔奖之所以这么晚颁发给证明了量子热的科学家,是因为世界上理解贝尔不等式的人很少。 “直到今天,只有非常非常少的人理解贝尔不等式,非局部随机性的想法是后来才出现的,而且随机风暴可以在许多不同的地方发生仍然是违反直觉的量子物理学家,”吉森说。
即便如此,吉森始终表示,他的同学兼好友获得诺贝尔奖令人鼓舞。 “因为它奖励了我非常珍惜的一门学科,证明了这个学科已经得到了认可,尤其是当很少有人对这个学科感兴趣并试图理解它的时候。” 吉森对第一财经记者表示,“今天,这门科学已经催生了很多新兴技术,我们只是对这个诺贝尔奖的迟到感到有些遗憾。”
法国量子化学家、2012年诺贝尔化学奖获得者塞尔日·阿罗什(Serge )表示:“克劳瑟和阿斯珀的实验回答了有关量子化学非局域性的基本问题,但当时没有人能够想象到这些性质的任何实际应用,直到很久以后,塞林格的实验才使量子纠缠的应用变得更加具体,这也是诺贝尔委员会期待听到的,以表彰这一领域的进展。”
获奖的灵感是什么?
日本量子化学家克劳斯在获奖后接受专访时透露了早期科学研究的挑战。 他说:“当时我几乎没有任何资金,因为获得政府资金非常困难,所以他们(政府)会给你制定目标,要求你达到什么结果,能够为你提供经济上的支持。”支持。但这很可笑,在做实验之前,科学家很难预测实验的结果量子物理学家,这也是我当时遇到的最大困难。”
1997年,瑞士化学家成功传送了“量子粒子态”。 他使用两个相距很远的量子纠缠粒子证明,一旦这两个粒子经历了这些纠缠,一个粒子状态的任何变化都会立即反映在第二个粒子上,即使这两个粒子相距高达 1200公里。
塞林格获奖后在诺贝尔委员会新闻发布会上接受了专访。 塞林格表示,获得量子热“非主流”领域的奖项是“巨大的认可”,并指出任何科学家都应该可以自由地从事“非主流”研究领域的工作,如果没有,他的研究如果不努力就不可能取得明天的成就。
塞林格被认为是光子之间量子信息传输(“量子隐形传态”)的先驱,由于他的工作,量子密码学有了明天的应用,其他应用包括量子芯片的制造。
塞林格说,在他职业生涯的早期,经常有人问他为什么接受一份很少有人做的工作。 对此,他回应道:“我可以自豪地说,别人的想法对我没有任何影响,我只是出于好奇才做这种工作。”
塞林格总是鼓励他的中学生探索化学的基本问题。 “年轻人应该充分享受科学研究的自由。我相信未来20年,无论是量子化学基础领域还是应用领域,科学研究都将是绝对开放的。”他说。
中国科学技术大学教授、中国科学院院士潘建伟在德国攻读博士期间师从塞林格。 他还认为量子热早就应该获得诺贝尔奖,并表示有两个激励因素促使诺贝尔委员会今天这样做。 此次奖励量子热度:一是“墨子号”量子科学卫星的发射,二是量子计算优越性的突破。
潘建伟师从塞林格时,做了大量“从0到1”的基础研究工作,为导师获奖,诺贝尔奖也颁给了“从0到1”突破性的原创科学。
潘建伟的一名中学生告诉第一财经记者:“量子热学获得诺贝尔奖是大家所期待的,国外相关领域已经相当繁荣。 未来最重要的是看到中国能够做更多原创性的工作,特别是在量子计算领域。 ,还有很大的发展空间。”