迟来的荣誉!诺奖证明了爱因斯坦存在的部分错误

迟来的荣誉!诺奖证明了爱因斯坦存在的部分错误

#诺奖证明了爱因斯坦存在的部分错误#2022年诺贝尔物理学奖得主:法国物理学家阿兰Aspect、美国理论和实验物理学家约翰·f·克劳萨和奥地利物理学家安东·泽林格。

今年的诺贝尔物理学奖正式揭晓。

瑞典斯德哥尔摩当地时间10月4日11时45分(北京时间17时45分),瑞典皇家科学院宣布,2022年诺贝尔物理学奖授予量子信息领域的三位科学家:法国物理学家阿兰·阿斯佩教授、美国理论和实验物理学家约翰·f·克劳瑟教授、奥地利物理学家安东·泽林格教授,以表彰他们通过光子纠缠实验确定贝尔不等式在量子世界不成立,并创立了“量子信息科学”

三位获奖者之一的塞林格教授在新闻发布会上对媒体说:“接到这个电话,我其实非常惊讶。”“这个奖是对年轻人的鼓励——如果这些年来没有100多个年轻人和我一起工作,这个奖是不可能的。”

他们三人将分享1000万瑞典克朗(约合人民币642.8万元)的奖金。

值得一提的是,塞林格教授还是中国科学院院士、中国科学技术大学常务副校长潘建伟院士的导师。1996年,潘建伟赴奥地利留学,获得维也纳大学博士学位。当时,塞林格是维也纳大学的物理学教授。2008年全职回国后,在潘建伟教授和塞林格教授团队的共同推动下,最终促成了中科大和奥地利科学院团队基于墨子卫星的洲际量子通信合作研究。

“这是一个迟来的荣誉。”夸米创始人兼CEO张文卓博士对钛媒体App表示,在这次诺奖中,Aspe教授的实验是在80年代做的,到现在已经快40年了,这在历届诺奖中是相当长的一段时间。他认为,如果未来诺贝尔奖授予量子通信(量子密钥分发)的创始人,将对量子信息的工业应用产生巨大影响。

诺贝尔奖解读:量子纠缠到底是什么?量子信息科学的研究包括量子计算机、量子网络和安全量子加密通信。目前,量子信息科学已经从理论层面得到应用,例如,专注于通过单粒子系统的特殊性质构建量子计算机,改进测量方法,以及构建量子网络和安全量子加密通信。

这种发展的一个关键因素是量子力学如何允许两个或多个粒子以纠缠态存在。纠缠对中一个粒子的状态决定了另一个粒子的状态,即使两个粒子相距很远——这就是“量子纠缠”。

几十年前,量子力学被很多物理学家公开质疑,包括阿尔伯特·爱因斯坦和薛定谔,其中就包括“量子纠缠”。爱因斯坦称量子纠缠为“幽灵般的超距作用”。他还有一句名言——“上帝不能掷骰子”,也是在否定量子力学中的“测不准原理”,即由于测量的干涉效应,粒子的位置和动量不能同时测量。
量子纠缠示意图(来源:Johan Jarnestad/瑞典皇家科学院)

量子纠缠示意图(来源:Johan Jarnestad/瑞典皇家科学院)

早在1935年,爱因斯坦、博士后罗森和波多尔斯基研究员共同发表了一篇论文《物理现实的量子力学描述能被认为是完整的吗?后人称之为EPR篇,EPR是三个名字的首字母。这篇文章的论点也被称为EPR佯谬或爱因斯坦的定域实在论。爱因斯坦认为,一个粒子只在局部具有它的所有特性,并决定任何测量的结果。

随后,薛定谔也发表了几篇相关论文,定义了“量子纠缠”这个术语。但这种行为被爱因斯坦抨击为违反定域实在论。他说量子力学的标准表述是不完整的。

1964年,英国物理学家约翰·贝尔提出了一个以他的名字命名的数学不等式。他提出,如果存在隐变量,大量测量结果之间的相关性永远不会超过某个值。但是量子力学预言某种实验会违反贝尔不等式,会导致比其他方式更强的关联。

获奖者之一的约翰·劳泽(John Lauser)发展了约翰·贝尔(john bell)的想法,进行了一次实用的量子纠缠实验:劳泽使用钙原子,用特殊的光照射后,钙原子可以发出纠缠光子。他在两侧设置了一个滤光器来测量光子的偏振。经过一系列的测量,他能够证明他们违反了贝尔不等式。这意味着量子力学不能被使用隐变量的理论所取代。
贝尔不等式实验

贝尔不等式实验

但是劳瑟的实验仍然有一些漏洞。后来Aspe教授进一步改进了这个实验。在纠缠粒子离开发射源后,他切换了测量设置,因此粒子发射时存在的设置不会影响实验结果。通过精密的工具和一系列的实验,塞林格教授开始使用纠缠量子。他的研究团队(潘建伟教授是其中一员)还展示了一种称为“量子隐形传态”的现象,这种现象使量子在一定距离内从一个粒子移动到另一个粒子成为可能。

三位物理学家对量子力学的长期研究工作最终证明,薛定谔的说法是对的——而爱因斯坦是错的。”越来越明显的是,一种新的量子技术正在出现.”诺贝尔物理委员会主席安德斯·伊尔贝克(Anders Irback)表示,“我们可以看到,获奖者对纠缠态的研究意义重大,甚至超越了关于量子力学解释的基本问题。”

张文卓钛媒体App上说,物理学是目前比较成熟的学科,主要包括凝聚态物理、粒子物理、天体物理、原子分子和光物理。这次量子信息属于第四种,但这次属于基础科学领域,距离工业讨论还有一定距离。

“目前真正的应用之一是量子密钥分发。别人的量子信息方向其实离产业化还很远。例如,量子计算距离真正使用还有10.8万英里,但现在只是非常小的一步。”张文卓说。

三位诺奖得主之一,是潘建伟院士的导师。事实上,在获得诺贝尔物理学奖之前,他们三人在2010年共同获得了沃尔夫物理学奖,该奖项被认为是除诺贝尔物理学奖之外物理学领域最重要的奖项之一。从2019年到2021年连续三年,美国物理联合会的科普网站Inside Science预测这三位物理学家将获得诺贝尔物理学奖。

因此,这三位诺贝尔奖得主有望获得这个奖项。其中,阿斯佩教授1947年出生于法国阿贡,1983年获得巴黎XI大学博士学位,现任巴黎萨克雷大学和巴黎理工学院教授。

劳瑟教授1942年出生于美国加州,1969年获得哥伦比亚大学博士学位。1969年至1996年,主要在劳伦斯伯克利国家实验室、劳伦斯利弗莫尔国家实验室和加州大学伯克利分校工作。

塞林格是奥地利量子物理学家。1945年出生于奥地利,1971年获得奥地利维也纳大学博士学位。他曾在因斯布鲁克大学任教,现任奥地利维也纳大学教授。此外,他还是奥地利科学院量子光学和量子信息研究所维也纳分部的主席。

值得一提的是,塞林格教授还是中国科学院院士、中国科学技术大学常务副校长潘建伟院士的博士生导师。

1996年,从中国科学技术大学近代物理系毕业的潘建伟赴奥地利留学,获得维也纳大学博士学位。毕业后在奥地利维也纳大学实验物理研究所担任博士后研究员和高级研究员。2008年,潘建伟回国全职工作。在他的带领下,中国在远距离量子通信技术领域不断创新,被英国《自然》杂志评为2017年度十大科学人物。

当然,也有网友分享了潘建伟和塞林格的师生间的一点花絮。在1957年诺贝尔物理学奖获得者杨振宁的斡旋下,中国科大和奥地利科学院团队推进了基于墨子号卫星的洲际量子通信研究,成果入选美国物理学会评选的2018年国际物理学十大进展。

潘建伟在10月4日的网络直播中表示,对于这个诺贝尔奖,他感到非常开心和高兴。早在2010年三人获得沃尔夫物理学奖的时候,这个领域还处于实验室阶段,很难走出实验室。现在获得诺贝尔奖,一方面很开心,另一方面对他们来说是迟到的荣誉。

“在这个过程中,我们非常自豪。比如我今天讲的,我是导师之前做的一些开创性实验的主要贡献者之一,包括量子隐形传态,量子纠缠和互易等等。后来我也提到了很多我们中国科学家的工作,这些工作推动了整个领域的发展,所以我也感到非常高兴和自豪。”他说。潘建伟在接受媒体采访时表示,这次主要是肯定我们领域几位前辈的定性研究,他们间接和直接推动了量子信息科学的发展。

15次218人获得诺贝尔物理学奖。此前,诺贝尔物理学奖已颁发115次,其中47次为个人颁发,32次为两人分享,36次为三人分享。但在一战(1914-1918)和二战(1939-1945)期间,有6年没有颁发诺贝尔物理学奖,包括1916年、1931年、1934年、1940年、1941年和1942年。

从1901年到2021年,共有219人获奖,实际获奖人数为218人,因为美国物理学家约翰·巴丁在1956年和1972年两次获奖。在历届诺贝尔物理学奖得主中,有四位女性。分别是1903年的居里夫人(居里夫人也获得了1911年的化学奖)、1963年的玛丽亚·戈培特-迈耶(Maria Goeppert-Mayer)、2018年的唐娜·斯特里克兰(Donna Strickland)、2020年的安德里亚·盖兹(Andrea Ghez)。

此外,著名物理学家爱因斯坦因“对理论物理的贡献,尤其是光电效应原理的发现”,获得了1921年诺贝尔物理学奖(1922年颁发)。最近五年(2016 -2021)的诺贝尔物理学奖大部分都与天体物理学和激光物理学有关。2021年,日裔美国科学家真部修郎(Syukuro Manabe)和德国科学家哈塞尔曼(Klaus Hasselmann)与意大利科学家乔治·帕里西(Giorgio Bernstein)一起,因其在理解复杂物理系统方面的开创性贡献,获得了2021年诺贝尔物理学奖。

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