北京時間10月4日下午，2022年諾貝爾物理學獎揭曉，由法國學者阿蘭·阿斯佩（Alain Aspect） 、美國學者約翰·克勞澤（JohnClauser）和奧地利學者安東·澤林格（AntonZeilinger）共同獲得，以表彰他們“用糾纏光子進行實驗，證偽貝爾不等式，開創(chuàng)量子信息科學”。
在此獎項出爐后，10月4日，瀟湘晨報專訪了湘潭大學物理與光電工程學院副教授彭杰。彭杰講述了在這些艱深的學術名詞背后，愛因斯坦曾反對量子糾纏理論，而青年學者用實驗證實量子糾纏是真實存在的故事。
愛因斯坦稱量子糾纏是“幽靈般的超距作用”
(資料圖片僅供參考)
根據(jù)量子力學，兩個或多個粒子能夠處于糾纏態(tài)，它們存在某種關聯(lián)，無論相隔多遠，一個粒子的性質(zhì)發(fā)生變化，另一個能瞬間“感知”到它的狀態(tài)，從而發(fā)生相應的變化。人們只要測量其中一個粒子的特性，那么就可以立即確定另一個粒子的等效測量結(jié)果。
彭杰表示，自從該理論提出以來，就一直是量子力學中爭論最多的元素之一。愛因斯坦就曾強烈反對該理論，稱之為“幽靈般的超距作用”。
愛因斯坦做了一個非常理所當然的“定域性假設”：一個粒子的屬性只局限在這個粒子上，而此處發(fā)生的事情必須經(jīng)過在空間中的傳播才能影響彼處發(fā)生的事情，并提出隱變量理論來替代糾纏理論。打比方說，有一副手套，一個是左手，一個是右手。人們把兩個手套分別放在兩個箱子里，一個箱子放在地球，一個放在月球。我打開地球這個箱子的時候，也能知道月球上那個手套是左手的還是右手的。但這是一開始就已經(jīng)定好了的，而不是因為測量才導致的。
當時，這個問題也被歸為哲學問題。看起來愛因斯坦的理論也更易被人們理解，但真相究竟如何呢？
一心想推翻量子力學的青年學子“推翻”了愛因斯坦
據(jù)紀錄片《超乎想象的宇宙》，1967年，還在哥倫比亞大學讀書的約翰·克勞澤即將獲得天體物理學的博士學位，他唯一面對的阻礙，就是量子力學的成績。在這部紀錄片中，約翰·克勞澤坦言：“當我還是研究生的時候，我竭盡所能也不能理解量子力學?！?/p>
有一天，他發(fā)現(xiàn)了一篇發(fā)黃老舊的文獻，作者是鮮為人知的愛爾蘭物理學家約翰·貝爾。貝爾提出如果可以制造一個可以創(chuàng)造和對比糾纏粒子的機器，就可以知道究竟孰是孰非。一心想要推翻量子力學的克勞澤，于是通過實驗測量出數(shù)千對的糾纏粒子，并且從不同的角度對比它們的旋轉(zhuǎn)。
最終的實驗結(jié)果讓克勞澤崩潰，因為他證明了量子糾纏真實存在，量子可以跨越空間彼此相連。
隨后，當時同樣是年輕學生的法國人阿蘭·阿斯佩對約翰·克勞澤的實驗漏洞進行改進，做了更精準的實驗，同樣證明了量子糾纏理論是正確的，徹底否定了愛因斯坦的隱變量理論。
至此，科學家又開始思考：是否可以利用糾纏理論中的遠距離作用來做些有用的事呢？比如隱形傳態(tài)，即信息載體本身不動，利用糾纏來傳遞信息。
奧地利學者安東·澤林格用實驗進一步證明了糾纏理論的正確性，并把糾纏理論用到了實際應用當中，實現(xiàn)了隱形傳態(tài)。現(xiàn)在，具有兩個以上粒子的系統(tǒng)（所有粒子都糾纏在一起）正在進入實際應用，比如通過數(shù)十千米光纖發(fā)送的光子之間，以及衛(wèi)星和地面站的光子之間都能建立糾纏態(tài)。
2017年6月16日，量子科學實驗衛(wèi)星墨子號首先成功實現(xiàn)兩個量子糾纏光子被分發(fā)到相距超過1200公里的距離后，仍可繼續(xù)保持其量子糾纏的狀態(tài)，并于今年實現(xiàn)了隱形傳態(tài)。
彭杰表示，他在給學生上量子力學課時，經(jīng)常給學生講三位科學家通過實驗證明量子糾纏正確的故事，并借此告誡學生：“什么事情不要想當然，要相信實驗結(jié)果，因為實驗是檢驗真理的唯一標準，不管你覺得這個東西有多么的荒謬，只要它是符合實驗的，就必須去接受它?！?/p>
彭杰還表示，第一次量子革命給了我們晶體管和激光，借助操縱糾纏量子系統(tǒng)的現(xiàn)代工具，人類正在進入一個新時代。
瀟湘晨報記者李楠
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