纠缠，是一种强大的工具！2022年诺贝尔物理学奖解读

　　获得诺贝尔物理学奖的三位科学家法国科学家阿兰阿斯佩、美国科学家约翰克劳泽、奥地利科学家安东塞林格，他们通过开创性的实验展示了处于纠缠状态的粒子的潜，这三位获奖者对实验工具的开发，也为量子技术的新时代奠定了基础。
　　阿兰阿斯佩（左）、约翰克劳泽（中）、安东塞林格（右）。图片来源：诺贝尔奖官网
　　你明白纠缠吗
　　在所谓的纠缠对中，一个粒子发生的事情，会决定另一个粒子发生的事情（不管相距多远）。这意味着什么？
　　纠缠示意图。
　　量子学的基础仅仅是一个论或哲学问题。其与全世界正密集研发的、以利用单个粒子系统的特殊属性来构建的子计算机、改进测、子网络以及子加密通信，都能息息相关。
　　以上应用，均需依赖于子学如何允许两个或多个粒子以共享状态存在，甚至无论它们相隔千山万水，均能保持这一状态。
　　这被称为纠缠。
　　自从该论提出以来，它一直是子学中争论最多的元素之一。
　　两对纠缠粒子从不同的来源发射。每对粒子中的一个粒子以一种特殊的方式相互纠缠而聚集在一起。然后，其他两个粒子（图中的1和4）也被纠缠在一起。通过这种方式，两个从未接触过的粒子可以纠缠在一起。
　　阿尔伯特爱因斯坦说这是幽灵般的超距作用，而埃尔温薛定谔说这是子学最重要的特征。
　　今年的获奖者们，探索了这些纠缠的子态，他们的实验为基于量子信息的新技术扫清了障碍，为目前正在进的子技术革命奠定了基础。
　　不断解决漏洞
　　长期以来存在的一个问题是，相关性究竟是不是因为纠缠对中的粒子包含隐藏变量。1960年代，约翰斯图尔特贝尔提出了以他的名字命名的数学不等式。这说明如果存在隐藏变量，则大量测量结果之间的相关性，永远不会超过某个值。然而，量子力学预测某种类型的实验将违反贝尔不等式，从而导致比其他方式产生了更强的相关性。
　　量子力学的纠缠对可与反方向抛出相反颜色球的机器相提并论。当鲍勃接住一个球，看到它是黑色的时，他立即知道爱丽丝抓住了一个白色的。在使用隐藏变量的理论中，球总是包含有关显示什么颜色的隐藏信息。然而，量子力学却说，这些球是灰色的，直到有人看着它们时，一个随机变成白色而另一个变成黑色。贝尔不等式关系表明，有实验可以区分这些情况。这样的实验证明了量子力学的描述是正确的。
　　约翰克劳泽发展了贝尔的想法，并通过一个实际的实验进行测量，测量结果通过明显违反贝尔不等式来支持量子力学。这意味着，量子力学不能被使用隐藏变量的理论所取代。
　　约翰克劳泽研究示意图。
　　在约翰克劳泽的实验之后，一些漏洞仍然存在。阿兰阿斯佩开发了一种新设置，并以一种弥补重要漏洞的方式使用它。他能够在纠缠对离开其源后切换测量设置，因此在它们发射时既有设置就不会影响结果。
　　阿兰阿斯佩研究示意图。
　　使用改良工具和一系列长期实验，安东塞林格的团队利用纠缠量子态证明了一种称为量子隐形传态的现象，它可以将量子态从一个粒子移动到远距离的另一个粒子。
　　安东塞林格研究示意图。
　　纠缠态正从理论走向技术
　　量子力学现已开始得到应用，并产生了很广阔的研究领域，其包括量子计算机、量子网络和更为安全的量子加密通信。
　　从实践的角度来说，量子纠缠所代表的，其实是一个巨大资源。科学家们对量子纠缠漏洞的不满，正源于每一阶段可应用范围的不够。
　　诺贝尔物理学委员会主席安德斯伊尔贝克这样总结道：越来越清楚的是，一种新型的量子技术正在出现。我们可以看到，获奖者在纠缠态方面的工作非常重要，甚至超出了关于量子力学解释的基本问题。
　　栏目主编：秦红文字编辑：宋慧题图来源：新华社图片编辑：苏唯