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    重磅!諾貝爾物理學獎揭曉:他們共同獲獎!華人拿得最多的也是這個獎項…

    每日經濟新聞 2022-10-04 21:23:09

    每經編輯 段煉 易啟江    

    據諾貝爾獎官網消息,北京時間10月4日下午, 2022年諾貝爾物理學獎被授予科學家阿蘭·阿斯佩(Alain Aspect),約翰·弗朗西斯·克勞澤(John F. Clauser)和安東·塞林格(Anton Zeilinger),以表彰他們為糾纏光子實驗、證明違反貝爾不等式和開創性的量子信息科學所作出的貢獻 。

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    圖片來源:視覺中國 VCG111403957345

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    獲獎者開創了量子信息這一學科 獎金約650萬元

    據澎湃新聞,北京時間10月4日下午,在瑞典首都斯德哥爾摩,瑞典皇家科學院宣布,將2022年諾貝爾物理學獎授予法國物理學家阿蘭·阿斯佩(Alain Aspect)、美國理論和實驗物理學家約翰·弗朗西斯·克勞澤(John F. Clauser) 和奧地利物理學家安東·塞林格(Anton Zeilinger),以表彰他們在量子信息科學研究方面作出的貢獻。

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    圖片來源:諾貝爾獎官網

    他們通過光子糾纏實驗,確定貝爾不等式在量子世界中不成立, 并開創了量子信息這一學科 。

    獲獎者將獲得一份證書、金質獎章和獎金。 2022年諾貝爾獎各個獎項的獎金是1000萬瑞典克朗,按當前匯率,約合650萬元人民幣 。

    據科技日報,今天獲得諾貝爾物理學獎的三位科學家——法國科學家阿蘭·阿斯佩、美國科學家約翰·克勞澤、奧地利科學家安東·塞林格,他們通過開創性的實驗展示了處于糾纏狀態的粒子的潛力,這三位獲獎者對實驗工具的開發,也為量子技術的新時代奠定了基礎

    在所謂的“糾纏對”中,一個粒子發生的事情,會決定另一個粒子發生的事情(不管相距多遠)。這意味著什么?

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    糾纏示意圖 圖片來源:科技日報

    量子力學的基礎不僅僅是一個理論或哲學問題。其與全世界正密集研發的、以利用單個粒子系統的特殊屬性來構建的量子計算機、改進測量、量子網絡以及量子加密通信,都能息息相關。

    以上應用,均需依賴于量子力學如何允許兩個或多個粒子以共享狀態存在,甚至無論它們相隔千山萬水,均能保持這一狀態。 這被稱為糾纏 。

    自從該理論提出以來,它一直是量子力學中爭論最多的元素之一。

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    圖片來源:科技日報

    兩對糾纏粒子從不同的來源發射。每對粒子中的一個粒子以一種特殊的方式相互糾纏而聚集在一起。然后,其他兩個粒子(圖中的1和4)也被糾纏在一起。通過這種方式,兩個從未接觸過的粒子可以糾纏在一起。

    阿爾伯特·愛因斯坦說這是“幽靈般的超距作用”,而埃爾溫·薛定諤說這是量子力學最重要的特征。

    今年的獲獎者們,探索了這些糾纏的量子態,他們的實驗為基于量子信息的新技術掃清了障礙,為目前正在進行的量子技術革命奠定了基礎。

    長期以來存在的一個問題是,相關性究竟是不是因為糾纏對中的粒子包含隱藏變量。1960年代,約翰·斯圖爾特·貝爾提出了以他的名字命名的數學不等式。這說明如果存在隱藏變量,則大量測量結果之間的相關性,永遠不會超過某個值。然而,量子力學預測某種類型的實驗將違反貝爾不等式,從而導致比其他方式產生了更強的相關性。

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    圖片來源:科技日報

    量子力學的糾纏對可與反方向拋出相反顏色球的機器相提并論。當鮑勃接住一個球,看到它是黑色的時,他立即知道愛麗絲抓住了一個白色的。在使用隱藏變量的理論中,球總是包含有關顯示什么顏色的隱藏信息。然而,量子力學卻說,這些球是灰色的,直到有人看著它們時,一個隨機變成白色而另一個變成黑色。貝爾不等式關系表明,有實驗可以區分這些情況。這樣的實驗證明了量子力學的描述是正確的。

    約翰·克勞澤發展了貝爾的想法,并通過一個實際的實驗進行測量,測量結果通過明顯違反貝爾不等式來支持量子力學 。這意味著,量子力學不能被使用隱藏變量的理論所取代。

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    約翰·克勞澤研究示意圖 圖片來源:科技日報

    在約翰·克勞澤的實驗之后,一些漏洞仍然存在。 阿蘭·阿斯佩開發了一種新設置,并以一種彌補重要漏洞的方式使用它 。他能夠在糾纏對離開其源后切換測量設置,因此在它們發射時既有設置就不會影響結果。

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    阿蘭·阿斯佩研究示意圖 圖片來源:科技日報

    使用改良工具和一系列長期實驗, 安東·塞林格的團隊利用糾纏量子態證明了一種稱為量子隱形傳態的現象 ,它可以將量子態從一個粒子移動到遠距離的另一個粒子。

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    安東·塞林格研究示意圖 圖片來源:科技日報

    量子力學現已開始得到應用,并產生了很廣闊的研究領域,其包括量子計算機、量子網絡和更為安全的量子加密通信。

    從實踐的角度來說,量子糾纏所代表的,其實是一個巨大資源??茖W家們對量子糾纏漏洞的不滿,正源于每一階段可應用范圍的不夠。

    諾貝爾物理學委員會主席安德斯·伊爾貝克這樣總結道:“越來越清楚的是,一種新型的量子技術正在出現。我們可以看到,獲獎者在糾纏態方面的工作非常重要,甚至超出了關于量子力學解釋的基本問題。”

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    過去幾年獲獎名單

    2021年

     

    因對我們理解復雜物理系統做出了開創性貢獻,日裔美籍科學家真鍋淑郎(Syukuro Manabe)和德國科學家克勞斯·哈塞爾曼Klaus Hasselmann),與意大利科學家喬治·帕里西( Giorgio Parisi),分享了2021年諾貝爾物理學獎。

    2020年

     

    英國科學家羅杰·彭羅斯(Roger Penrose)因證明黑洞是愛因斯坦廣義相對論的直接結果,德國科學家賴因哈德·根策爾(Reinhard Genzel)和美國科學家安德烈婭·蓋茲(Andrea Ghez)因在銀河系中央發現超大質量天體,他們分享了2020年諾貝爾物理學獎。

    2019年

     

    因在我們理解宇宙演化和地球在宇宙中位置的貢獻,美國科學家詹姆斯·皮布爾斯,和來自瑞士的科學家米歇爾·馬約爾和迪迪埃·奎洛茲,被授予2019年諾貝爾物理學獎。

    2018年

     

    因在激光物理學領域的突破性發明,發明光鑷的美國貝爾實驗室科學家阿瑟·阿什金(Arthur Ashkin),與發明啁啾脈沖放大技術(CPA)的法國巴黎綜合理工學院科學家熱拉爾·穆魯(Gérard Mourou)和加拿大滑鐵盧大學科學家唐娜·斯特里克蘭(Donna Strickland),被授予2018年諾貝爾物理學獎。

    2017年

     

    因對LIGO探測器(激光干涉引力波天文臺)和引力波探測的決定性貢獻,美國科學家雷納·韋斯、巴里·巴里什和基普·索恩被授予2017年諾貝爾物理學獎。

    2016年

     

    因在拓撲相變和物質拓撲相方面的理論發現,均出生在英國、任職于美國三所不同大學的科學家大衛·索利斯、鄧肯·霍爾丹、邁克爾·科斯特利茨被授予2016年諾貝爾物理學獎。

    在諾貝爾寫于1895年、要求設立五大領域獎項的遺囑中,物理學是他最先提到的領域。諾貝爾要求物理學獎被授予“在物理學領域作出最重要發現或發明的人”。

    百余年中, 物理學獎也是華人拿獎最多的獎項,共6位華人科學家獲此殊榮 ,包括李政道、楊振寧、丁肇中、朱棣文、崔琦和高琨。

    據海報新聞報道,截至目前,諾貝爾物理學獎已頒發過115次,其中47次授予單一獲獎者,32次由兩位獲獎者分享,36次由三位獲獎者分享

    從1901年到2021年,諾貝爾物理學獎共次授予219位諾貝爾獎獲得者。約翰·巴丁是唯一曾在1956年和1972 年兩次獲得諾貝爾物理學獎的獲獎者。這意味著共有218人曾獲得諾貝爾物理學獎。

    在第一次世界大戰(1914-1918)和第二次世界大戰(1939-1945)期間,在1916年、1931年、1934年、1940年、1941年、1942年等六年里,沒有頒發諾貝爾物理學獎。

    據了解,諾貝爾物理學獎主要集中四個領域:粒子物理、天體物理、凝聚態物理、原子分子及光物理。

    從2015年到2020年的6年中,天體物理領域的研究成果已經4次獲得諾貝爾物理學獎:除了2019年的宇宙學理論和系外行星外,還有2015年的中微子振蕩(屬于天體物理或粒子物理)以及2017年引力波的發現;而2020年的發現黑洞,也屬于天體物理領域。

    編輯|段煉 易啟江

    校對|陳柯名

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    每日經濟新聞綜合自央視新聞、科技日報、海報新聞、澎湃新聞、諾貝爾獎官網、公開資料等

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