2022年诺贝尔物理学奖为何颁给这三人？他们证明了爱因斯坦的一个错误

10月4日，2022年诺贝尔物理学奖公布，获奖者是阿兰·阿斯佩（Alain Aspect）、约翰·弗朗西斯·克劳泽（John Francis Clauser）、安东·塞林格（Anton Zeilinger），表彰他们通过光子纠缠实验，确定贝尔不等式（Bell inequalities）在量子世界中不成立，并开创了量子信息这一学科。

三位获奖者其人

阿兰·阿斯佩 1947 年生于法国阿让，1983 年获法国巴黎第十一大学博士学位，现任巴黎萨克雷大学和巴黎综合理工学院教授。

约翰·克劳泽 1942 年生于美国加利福尼亚州帕萨迪纳，1969 年获美国哥伦比亚大学博士学位。美国 J．F Clauser ＆ Assoc 公司创始人、研究物理学家。

安东·塞林格 1945 年出生于奥地利因河地区里德。1971 年在奥地利维也纳大学获得博士学位，现为维也纳大学教授。

值得一提的是，塞林格还是中国科学院外籍院士，同时也是国内量子信息科学领军人物、中国科学院院士潘建伟的博士导师。

塞林格今天在接受采访时表示：“（诺贝尔）这个奖项是对年轻人的一种鼓励——如果没有多年来与我一起工作的100多位年轻人，就没有这个奖。”

他们研究的是什么

量子力学并不仅仅是一个理论或哲学问题，更拥有广泛的应用基础。已经有大量研究正专注于利用单个粒子系统的特殊属性来建造量子计算机、改进测量方法，以及构建量子网络和安全的量子加密通信。

在量子力学中允许出现这样一种情况：无论相距多远，两个或多个粒子能够共享物理状态，这被称为量子纠缠。

用一个小实验来做个比喻：有这样一个机器，它可以向相反的方向抛出相反颜色的球。在这个机器抛球之前，我们无法确定这两个球的颜色，但一旦有人看到了其中一个小球的颜色，那么另一个小球就会变成相反的颜色：当小明在其中一端接到了一个黑色的球时，他立刻就可以知道，对面的小红接到的是个白色的球。同时小红也马上知道了，小明接到的是黑球。这就是量子纠缠。

自从量子纠缠理论提出以来，它一直是量子力学中争论最多的元素之一。爱因斯坦称之为“鬼魅般的超距作用”，认为它违背了狭义相对论，而薛定谔说这是量子力学最重要的特征。

爱因斯坦和助手提出了一个思想实验，就是著名的EPR佯谬。作为爱因斯坦思想的继承人，玻姆在1952年在引入了 “隐变量”，形成了一个完全决定性的理论——局域隐变量理论。1964年，北爱尔兰物理学家约翰·贝尔提出贝尔不等式，可以通过实验验证，究竟是量子力学理论正确且完备，还是局域隐变量理论正确且完备。

今年的获奖者探索了这些纠缠的量子态，并通过近40年的实验最终证明：量子力学是正确的，不存在隐变量，换句话说，他们证明了爱因斯坦也有小错误。他们的实验为目前正在进行的量子技术革命奠定了基础。

约翰·克劳泽使用了钙原子。他用一种特殊的光照射钙原子之后，可以发射纠缠光子。他在两侧用滤光片测量光子的偏振。经过一系列测量，他证明它们违反了贝尔不等式。

阿兰·阿斯佩开发了这个实验，通过一种新的激发原子的方法，使它们以更高的速率发射纠缠光子。他还可以在不同的设置之间切换，这样系统就不会包含任何可能影响结果的预先信息。

安东·塞林格后来对贝尔不等式进行了更多测试。他通过将激光照射在特殊晶体上来制备纠缠光子对，并使用随机数切换测量设置。一项实验使用来自遥远星系的信号来控制滤光片并确保信号不会相互影响。

这些日趋完善的工具让我们离实际应用更近了。现在已经证明，通过数十千米光纤发送的光子之间，以及卫星和地面站的光子之间都能建立纠缠态。在很短的时间内，世界各地的研究人员发现了许多利用量子力学最强大特性的新方法。

2010年，这三位物理学家已经联手获得“诺奖风向标”沃尔夫奖（The Wolf Prize）。美国物理联合会旗下科普网站Inside Science于2019、2020、2021曾连续三年预测，这三位物理学家奖将获得诺贝尔物理学奖。

话匣子综合自果壳、环球科学、返朴等

编辑：玫瑰砂

责任编辑：陈敏