爱因斯坦错了？2022年诺贝尔物理学奖公布，证明量子纠缠存在

作者：科学黑洞

发布时间：2022-10-05 04:12

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每年的诺贝尔物理学奖都是重头戏，2022年的诺贝尔物理学奖被颁发给三位科学家分别是：法国物理学家阿兰·阿斯佩、美国理论和实验物理学家约翰·克劳泽以及奥地利物理学家安东·塞林格，三位科学家将共享1000万瑞典克朗，相当于650万人民币。

2021年关于诺贝尔物理学奖大家的预测就是量子力学完备性的贝尔不等式证明，但最后却被地球环境领域的科学家拔得头筹，但是好饭不怕晚，2022年诺贝尔物理学奖如约而至，就是关于量子信息科学方面的研究。

说到量子信息科学，我国的领军人物就是中科院院士潘建伟，而这一次的获奖的就有潘教授的恩师塞林格。有些网友不解，为什么潘建伟没有获得诺奖？

其实道理并没有那么复杂，潘建伟院士的工作主要是应用并非是开创性的基础科学，而诺奖更加偏爱那些从0到1的科学贡献，而从1-100无论做的有多好都算是前人栽树后人乘凉了。

回归主题，此次三位科学家获得2022年诺贝尔物理学奖，主要的贡献便是验证贝尔不等式不成立方面的先驱性工作。

什么是贝尔不等式？为何跟量子纠缠有关？为什么要说爱因斯坦错了哪？其实这一切都要从爱因斯坦和以波尔为首的哥本哈根派之间的论剑开始，论剑的内容便是量子力学。

背景

我们都知道二十世纪物理学有两大支柱，相对论和量子力学，爱因斯坦靠一己之力提出狭义相对论和广义相对论，对牛顿的经典力学给予重击，当然相对论的提出并不是彻底否定经典力学，而是一种修正。

而爱因斯坦也算是量子力学的奠基者，爱因斯坦获得的诺奖就是光量子理论，首次提出光是一份份能量的概念即光量子，解释了光电效应，其实这也算是为量子力学的横空出世打开了大门。

有些朋友可能会问爱因斯坦既然是量子力学的奠基者，为什么到最后还要反对量子力学？

其实这是一种误解，爱因斯坦反对的并不是量子力学，而是哥本哈根派对量子力学的诠释。可以简单举一个例子，量子力学就像是被爱因斯坦看中的小宝宝，但是小宝宝长着长着遇到一群坏哥哥，至少在爱因斯坦眼中是这样的。

它们将绝对量子力学未来朝着哪个方向发展，爱因斯坦就不高兴了，好好的栋梁之才都要被坏哥哥带坏了。而这群坏哥哥就是哥本哈根派，他们提出不确定性原理，把量子力学弄地越来越“玄幻”。

例如双层干涉实验，一个光子通过双缝之后在屏幕上呈现，那么这个光子到底是通过左缝隙还是右缝隙，哥本哈根派的解释就是光子同时通过了左缝和右缝，这种说法相当玄幻了，跟宏观世界产生冲突。但是通过不确定性原理来解释，这种现象是存在的。

对于哥本哈根派对量子力学的诠释，老一派物理学家都是难以接受的，例如薛定谔的猫思维实验就是在嘲讽量子力学的不确定性原理，而爱因斯坦也给出了反击，那就是EPR实验。

关于EPR实验

所谓的EPR实验现在应该称之为EPR佯谬，就是因为爱因斯坦错了。当然这个我们后续再谈，1935年5月爱因斯坦同物理学家波多尔斯基和罗森在第47期《物理评论》杂志上，发表了一篇论文名字为《能认为量子力学对物理实在的描述是完备的吗？》，在这篇论文中的核心思维实验被命名为EPR实验，也就是以三位作者名字首字母来命名的。

这个实验的大体意思便是一个基本粒子在空中飞行，受到外力后一分为二，我们暂时把这两个粒子称之为A粒子和B粒子，假设这两个粒子飞到宇宙的两端，总之是距离非常远。

这个时候我们去观测A粒子的自旋状态，如果按照不确定性原理，在没观测之前它是不确定的（简单理解成既左旋又右旋），如果A粒子是左旋的，那么B粒子必须是右旋（已知的理论已经证明）。那么问题来了，B粒子是如何知道A粒子的自旋状态？两个粒子相隔那么远，岂不是要超光速信号传播了？

这就是著名的EPR思维实验，在当时的环境下不超光速已经被所有科学家认可，也算是一条铁律，那么该如何解释哪？其实我们可以看到，这就是量子纠缠了，而波尔给爱因斯坦的回复也是如此，无论两个粒子相距有多远都算是处在纠缠状态，属于一个粒子。

关于贝尔不等式

科学上争论再多都没有意义，拿出实验证明一下就可以让所有人闭嘴，贝尔设计出了一个贝尔不等式，让EPR从思维实验走向实验室。

如果是实验证明贝尔不等式成立，那就说明A粒子和B粒子在分开的那一瞬间就决定了自旋的方向，这也说明爱因斯坦是正确性，哥本哈根派的不确定性原理是错误的。

而如果证明贝尔不等式不成立，那就说明A粒子和B粒子自旋状态并非是在分开瞬间确定的，换一句话说就是：爱因斯坦错了，EPR实验变成了EPR佯谬！

首次EPR实验严格检验，爱因斯坦错了

人类历史上对于EPR实验进行首次严格意义的实验检验是在1982年，被称为“阿斯派克特实验”。从这个名字我们就可以知道，这个项目的带头人就是此次诺贝尔物理学奖的获得者之一法国物理学家阿兰·阿斯佩。

总之这位科学家的的实验证明了爱因斯坦输了波尔，同时也说明了哥本哈根派对于量子力学并不算是坏哥哥，不确定性原理是正确的，而量子纠缠也真实存在，并且它也是目前公认的三种超光速现象之一，当然量子纠缠的超光速并不涉及到信息的传递过程。现在基于量子纠缠的量子通信技术，也并不是用来传递信息，而是加密。

其实早在2011年这三位科学家就被提名诺贝尔物理学奖，但最终被从事宇宙膨胀理论研究的科学家拔得头筹，这一次终于没有再错过！恭喜！

文/科学黑洞，图片来源网络侵删。

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爱因斯坦相对论影响很大，为何没有获得诺奖？难道是名过其实？

作者：科学黑洞

发布时间：2020-08-28 12:05

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大家对于爱因斯坦最初的印象就是上小学时，走廊里张贴的各种名人头像，一般排在第一位都是头发蓬乱杂乱无章，看起来特别沧桑但是有智慧感的头像，那就是爱因斯坦。

说起爱因斯坦，最被大家熟知的是他的高智商，以及著名的相对论，但是大部分人只知其名不知其具体含义。

相对论包括两方面狭义相对论和广义相对论，一是打破了牛顿的绝对时空观，二是从本质上诠释了引力。在科学领域诺贝尔奖象征着最高的荣誉，爱因斯坦也是诺奖得主，但是让他得奖的并不是相对论而是光电效应。

很多人对于这一点都很疑惑，为什么影响重大成就很高的相对论却没有获得诺奖？

二十世纪初英国著名物理学家威廉.汤姆生（即开尔文男爵）在一次演讲中提到，回顾过去物理学的发展，已经形成了一座巍峨的大厦，以后所要做的就是修修补补。但是在这座物理学大厦之上还漂浮着两朵小乌云，其中一朵是“迈克尔逊莫雷实验没有证明以太存在”，第二朵小乌云是“黑体辐射试验结果和现有理论之间的冲突”。

最后这两朵小乌云相继发展出相对论和量子力学，成为二十世纪物理学的两大支柱。可想而知，相对论的地位有多重要。

迈克尔逊莫雷实验过程我们就不去阐述了，只要知道这个实验是为了验证牛顿曾经预言过的“以太”，牛顿认为光是在以太中运动。但是最终的实验结果表明以太是不存在的，这个结果顿时把大家给吓到了，牛顿何许人也？在物理学领域那是前无古人后无来者的存在，几乎所有的物理学家都不相信牛顿也会错。

很多人都认为是这个实验过程中出现了误差，而不是认为牛顿预言的以太不存在。嗯，有点绕嘴吧！反正就是大家都坚信牛顿是正确的。

但这个时候有一个二十多岁的小专利员却抱有怀疑精神，从奥卡姆剃刀原理出发，如无必要勿增实体，以太不存在才应该是最简单的解释。后来26岁的爱因斯坦在1905年提出了狭义相对论，彻底地打破了牛顿的绝对时空观。

这是什么概念哪？爱因斯坦认为时间和空间都不是绝对存在的，它们会受到物体运动速度的影响，运动速度越快时间的流失速度越慢。这样的说法即使对于现在很多普通人来说都是无法接受的，大家坚持的还是错误的牛顿绝对时空观。但是爱因斯坦的数学过程又是绝对正确的，让人无法反驳。

此后经过十年磨一剑在1916年爱因斯坦把引力带入自己的理论体系，提出了广义相对论，从本质上诠释了引力，认为引力是时空弯曲的外在表现。时空竟然还是弯曲的，你这让世人如何去接受，据说在爱因斯坦相对论刚提出来的时候，真正理解的就没有几个人。

但还是那句话，想要反驳又做不到，因为有着充足的数学推理过程。后来爱因斯坦的名声越来越大，他的相对论也越来越被世人所接受。

但是在当时的背景下要给相对论诺奖评委会那些人也拿不准，最后1921年的诺奖也就颁给了爱因斯坦1905年提出的光电效应。

当然现在经过时间的洗礼相对论已经完全经受住了考验，成为物理学的真正支柱，但是爱因斯坦早都已经离去，相对论已经无法获得诺奖，但是这并不妨碍它的影响力和对物理学的发展的作用。像爱因斯坦和牛顿等之所以伟大，是因为他们开创了一个时代，后人只不过是添砖加瓦。

文/科学黑洞，图片来源网络侵删。

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迟来的荣誉！三位科学家获诺贝尔物理学奖，他们证明爱因斯坦错了

作者：钛媒体APP

发布时间：2022-10-04 23:05

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2022年诺贝尔物理学奖获得者：法国物理学家阿兰·阿斯佩（Alain Aspect）、美国理论和实验物理学家约翰克·劳瑟（John F. Clauser） 和奥地利物理学家安东·塞林格（Anton Zeilinger）

今年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日中午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三位量子信息领域的科学家：法国物理学家阿兰·阿斯佩（Alain Aspect）教授、美国理论和实验物理学家约翰·克劳瑟（John F. Clauser） 教授、和奥地利物理学家塞林格（Anton Zeilinger）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中不成立，并开创了“量子信息科学”这一领域。

“接到这个电话，实际上我非常惊讶，”三位获奖者之一的塞林格教授在新闻发布会上对媒体表示，“这个奖项是对年轻人的鼓励——如果多年来，没有100多名与我一起工作的年轻人，这个奖项是不可能实现的。”

他们三人将共享1000万瑞典克朗（约合人民币642.8万元）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，获维也纳大学博士学位，当时塞林格任维也纳大学物理学教授。2008年全职回国后，基于潘建伟和塞林格教授团队共同推动，最终促成了中科大团队和奥地利科学院基于“墨子号”卫星的洲际量子通信合作研究。

“这是一个迟来的荣誉。”夸密创始人兼CEO张文卓博士对钛媒体App表示，此次诺奖中，阿斯佩教授的实验是上世纪80年代做的，至今已经快40年了，这在历届诺奖里面算是相当长的时间了。他认为，如果未来诺奖将颁发给量子通信（量子密钥分发）创始人之后，会对量子信息的产业应用产生巨大影响。

解读诺奖：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、量子网络和安全的量子加密通信。

目前，量子信息科学已经从理论层面，如今开始得到应用，例如专注于通过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等。

而这一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。纠缠粒子对中的一个粒子的状态，决定了另一个粒子的状态，即使这两个粒子相距很远——这就是“量子纠缠”。

在几十年前，量子力学却曾受到包括物理学泰斗级人物爱因斯坦（Albert Einstein）、薛定谔等多位物理学家的公开质疑，其中就包括了“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——“上帝不会掷骰子”，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，粒子的位置与动量不可同时被测定。

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、研究员波多尔斯基联合发表了论文《物理实在的量子力学描述能否被认为是完备的？》，后人称之为EPR文章，EPR即是三人的名的首字母。这篇文章的论证又被称为EPR佯谬或爱因斯坦定域实在论，爱因斯坦认为，一个粒子只在局部拥有其所有特性并决定了任何测量的结局。

随后，薛定谔也发表了几篇相关论文，定义了“量子纠缠”这一术语。但这种行为被爱因斯坦抨击为违背定域实在论。他表示，量子力学的标准表述不具完备性。

1964年，英国物理学家约翰·贝尔（John Stewart Bell）提出了以他名字命名的数学不等式。他提出，如果存在隐藏变量，大量测量结果之间的相关性将永远不会超过某个值。然而，量子力学预言，某种类型的实验将违反贝尔不等式，从而导致比其他方式更强的相关性。

获奖者之一的约翰克·劳瑟，发展了约翰·贝尔的想法，并进行了一个实际的量子纠缠实验：劳瑟使用了钙原子，在他用特殊的光照射后，钙原子可以发射纠缠光子。他在两侧设置了一个滤光片来测量光子的偏振。经过一系列测量，他能够证明它们违反了贝尔不等式。这意味着，量子力学不能被一个使用隐藏变量的理论所取代。

用贝尔不等式进行实验

但劳瑟实验仍然存在一些漏洞（loophole）。随后，阿斯佩教授进一步完善了这一实验，他在纠缠粒子离开发射源后，切换了测量设置，因此粒子发射时存在的设置不会影响到实验结果。

通过精密的工具和一系列实验，塞林格教授开始使用纠缠态量子。他的研究团队（潘建伟教授是成员之一）还展示了一种被称为“量子隐形传态”的现象，这使得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。

三位物理学家长期对于量子力学的研究工作，最终证明了薛定谔的说法是对的——同时也证明爱因斯坦错了。

“越来越明显的是，一种新的量子技术正在出现。”诺贝尔物理学委员会主席Anders Irback表示，“我们可以看到，获奖者在纠缠态方面的工作具有重要意义，甚至超越了有关量子力学解释的基本问题。”

张文卓对钛媒体App表示，目前物理学已经是一个成熟的学科，主要包括凝聚态物理，粒子物理，天体物理，原子分子与光物理四种，而这次量子信息属于第四种，但此次属于基础科学领域，距离产业讨论还有一定距离。

“目前真正能应用的之一是量子密钥分发，其他人量子信息方向其实离产业化还比较遥远。比如，量子计算离真正使用还有十万八千里，而现在只是迈出了非常小的几步而已。”张文卓表示。

诺奖三位获奖者中，有一位是潘建伟院士的导师

其实这三位大家，在获得诺贝尔物理学奖之前，就曾于2010年一起获得过沃尔夫物理学奖（Wolf Prize）——被认为是诺贝尔物理学奖之外，物理学界最重要的奖项之一。2019—2021年连续三年，美国物理联合会旗下科普网站Inside Science就曾预测这三位物理学家将获得诺贝尔物理学奖。

因此，三位诺奖得主此番获奖也是众望所归。

其中，阿斯佩教授于1947年出生在法国阿让，1983年获巴黎第十一大学博士学位，目前是巴黎萨克雷大学和巴黎综合理工学院教授。

劳瑟教授，1942年出生于美国加利福尼亚州，1969年获得美国哥伦比亚大学博士学位。1969年至1996年，他主要在劳伦斯伯克利国家实验室、劳伦斯利福摩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论物理学家。1945年出生于奥地利 ，1971年获奥地利维也纳大学博士学位，曾任教于因斯布鲁克大学，目前是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与量子信息研究所维也纳分所主席。

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导师。

1996年，毕业于中国科学技术大学近代物理系的潘建伟，赴奥地利留学，获维也纳大学博士学位，毕业后曾任奥地利维也纳大学实验物理所博士后研究员、高级研究员。2008年，潘建伟全职回国，在他的带领下，中国先后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，有网友还分享了潘建伟和塞林格师生之间的一段小花絮。在1957年诺贝尔物理学奖获得者杨振宁的斡旋下，促成中科大团队和奥地利科学院基于“墨子号”卫星的洲际量子通信合作研究，成果入选美国物理学会评选的2018年度国际物理学十大进展。

潘建伟在10月4日的一场线上直播中表示，他对于本次诺奖感到非常高兴和开心。三位早在2010年获得沃尔夫物理学奖的时候，这个领域还处于实验室阶段，很难从实验室走出去。如今获得诺奖，一方面很高兴，一方面对他们来说也是一个迟到的荣誉。

“在这个过程中，我们感到非常骄傲。比如今天讲的时候，我导师做的前面的一些奠基性实验，包括量子隐形传态、量子纠缠互化等，我自己也是主要贡献者之一，后面也提到了很多我们中国科学家的工作，推动的整个领域发展，所以我也感觉非常开心，非常自豪。”他表示。

潘建伟接受媒体采访时称，这次主要是肯定我们这个领域的几位前辈在量子力学被定性方面的研究，和他们间接、直接地推动了量子信息科学的发展。

115次、218人的诺贝尔物理学奖

此前，诺贝尔物理学奖已颁发过115次，其中47次为单独获奖，32次为2人共享，36次为3人共享。

但第一次世界大战（1914-1918）和第二次世界大战（1939-1945）期间，在1916年、1931年、1934年、1940年、1941年、1942年等六年里，没有颁发诺贝尔物理学奖。

从1901年到2021年，共219人次获奖，实际获奖个人为218人，因为美国物理学家John Bardeen于1956年和1972年两次获奖。

往届诺贝尔物理学奖得主中，有4位女性。分别是1903年的居里夫人（居里夫人另外还获得1911年的化学奖）、1963年的Maria Goeppert-Mayer、2018年的Donna Strickland，以及2020年的Andrea Ghez。

此外，因为“对理论物理的贡献，特别是发现了光电效应的原理”，著名物理学家爱因斯坦荣获1921年度的诺贝尔物理学奖（1922年颁发）。

近五年（2016年-2021年）的诺贝尔物理学奖，大部分与天文物理和激光物理有关。其中在2021年，因对理解复杂物理系统做出了开创性贡献，日裔美籍科学家真锅淑郎（Syukuro Manabe）和德国科学家克劳斯·哈塞尔曼Klaus Hasselmann），与意大利科学家乔治·帕里西（ Giorgio Parisi），三位获得了2021年诺贝尔物理学奖。（本文首发钛媒体App，作者｜林志佳）

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量子力学再登顶，详细解读2022年物理学诺奖

作者：新浪科技

发布时间：2022-10-04 19:17

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来源：市场资讯

薛鹏 返朴

瑞典当地时间2022年10月4日11时45分（北京时间10月4日17时45分），诺贝尔奖委员会宣布将2022年物理学奖颁给法国物理学家Alain Aspect、美国物理学家John F。 Clauser、奥地利物理学家Anton Zeilinger以表彰“用纠缠光子验证了量子不遵循贝尔不等式，开创了量子信息学”。

诺奖委员会在其官方介绍中称，量子力学现在已拥有很广阔的研究领域，包括量子计算机、量子网络和安全的量子加密通信。

诺贝尔物理学委员会主席Anders Irbck说：“越来越明显的是，一种新的量子技术正在出现。我们可以看到，获奖者对纠缠态的研究非常重要，甚至超越了解释量子力学的基本问题”。

北京计算科学研究中心教授薛鹏提前猜中了今年的获奖者，她向“返朴”表示，这三位获奖者实至名归。下文是薛教授对今年获奖工作的科普介绍。

撰文 | 薛鹏

在2010年，法国的阿兰·艾斯佩特（Alain Aspect）、美国的约翰·柯罗瑟（John Clauser）、和奥地利的安东·吉林哲（Anton Zeilinger）三位物理学家“因其在量子物理学基础上的基本概念和实验贡献，特别是一系列日益复杂的贝尔不等式测试，而获得沃尔夫奖（Wolf Prize）”。

美国物理联合会旗下科普网站Inside Science于2019，2020，2021连续三年预测该三位物理学家奖获得诺贝尔物理学奖。

爱因斯坦认为量子纠缠这种超距相互作用是不可思议的，违背了狭义相对论。与其在普林斯顿的助手Boris Podolsky 和Nathan Rosen提出一个思想实验，就是著名的EPR佯谬。描述了A、B为自旋1/2的粒子，初始总自旋为零。假设粒子有两种可能的自旋，分别是 |上> 和 |下>，那么，如果粒子A 的自旋为 |上>，粒子 B 的自旋便一定是 |下>，才能保持总体守恒，反之亦然。这时我们说，这两个粒子构成了量子纠缠态。

两个粒子 A 和 B 朝相反方向飞奔，它们相距越来越远，越来越远……。无论相距多远，它们应该永远是 |上>|下> 关联的。两边分别由观察者 Alice 和 Bob 对两个粒子进行测量。根据量子力学的说法，只要Alice 和Bob 还没有进行测量，每一个粒子都应该处于某种叠加态，比如说，|上>、|下> 各为 50% 概率的叠加态。然后，如果 Alice 对 A 进行测量，A 的叠加态便在一瞬间坍缩了，比如，坍缩成了 |上>。现在，问题就来了：既然 Alice 已经测量到 A 为 |上>，因为守恒的缘故，B 就一定要为 |下>。但是，此时的 A 和 B 之间已经相隔非常遥远，比如说几万光年吧，按照量子力学的理论，B 也应该是|上>和|下>各一半的概率，为什么它能够做到总是选择|下>呢？除非A 粒子和B粒子之间有某种方式及时地“互通消息”？即使假设它们能够互相感知，那也似乎是一种超距瞬时的信号！而这超距作用又是与相对论中光速不可超越相违背。于是，这就构成了佯谬。

因此他认为量子力学是不完备的，他希望建立一个更普适的局域实在论理论来弥补量子理论的不足，消除超距作用。作为爱因斯坦思想的继承人，玻姆在1952年在引入了 “隐变量”，在局域实在论的基础上形成了一个完全决定性的理论——局域隐变量理论。下面就是要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。

而贝尔定理的实验验证是一个物理实验，旨在测试量子力学理论与局域隐变量理论哪个正确。1964年，John Bell定义了一个可观测量，并基于局域隐变量理论预言的测量值都不大于2。而用量子力学理论，可以得出其最大值可以到2√2。一旦实验测量的结果大于2，就意味着局域隐变量理论是错误的。

贝尔不等式的诞生，宣告了量子力学理论的局域性争议，从带哲学色彩纯粹思辨变为实验可证伪的科学理论。虽然贝尔作为一个爱因斯坦的追随者，其研究隐变量理论的初衷是要证明量子力学的非局域性有误，可后来所有的实验都表明局域隐变量理论预言有误，而量子理论的预言与实验一致。

1972年，John Clauser和Stuart Freedman在加州大学柏克莱分校完成第一次贝尔定理实验，因存在定域性漏洞，即纠缠的粒子之间距离太小，不足以说明纠缠的非局域性，结果不具有说服力。

1982年，Alan Aspect等人在巴黎第十一大学改进Clauser和Freedman贝尔定理实验，实验结果违反贝尔定理。

1998年，Anton Zeilinger等人在奥地利因斯布鲁克大学完成贝尔定理实验，彻底排除定域性漏洞，实验结果具有决定性。

2015年，荷兰Delft技术大学的Ronald Hanson研究组报道了他们在金刚石色心系统中完成的验证贝尔不等式的实验。要避免局域性漏洞，只需把两个金刚石色心放置在相距1.3公里的两个实验室。利用纠缠光子对和纠缠交换技术，他们实现了金刚石色心电子之间的纠缠。两个色心直接用光通讯所需时间大概4.27微秒，而完成一次实验的时间为4.18微秒，比光通信时间少90纳秒，因此解决了局域性漏洞。此外，色心的测量效率高达96%，测量漏洞也被堵上了。总之，他们声称实现了无漏洞的验证贝尔不等式的实验，在96%的置信度（2.1个标准差）上支持量子理论，从而证伪了局域的隐变量理论。

2016年，大贝尔实验（the Big Bell Test）展开，并召集到世界各地超过10万名志愿者。在实验中，所有志愿者都需要基于个人的自由意志不断地进行选择形成二进制随机数，在过关游戏中快速随机地按下0或者1，12小时内共持续产生每秒逾1000比特的数据流，全部记录在互联网云端，并被实时和随机地发放给分布在世界各地的相关研究团队，用以控制这些研究团队的贝尔不等式检验实验。大贝尔实验相信人类拥有真正的自由意志，通过大量参与者的自由意志，大贝尔实验在更广泛的范围内关闭自由选择漏洞，强烈否定爱因斯坦的定域性原理。

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已经过去100多年了，为什么还没有出现比肩爱因斯坦的科学家？

作者：答案在这儿

发布时间：2022-09-09 10:15

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人类的物理学是否正在停滞不前？

为何还没有出现比肩爱因斯坦的物理学家出现？

距1905年爱因斯坦创造物理奇迹已经过去了100多年，物理界依旧没有可以匹敌的科学理论诞生。

这一幕让大家想到了开尔文勋爵在20世纪初的演讲，当时很多物理学家人为物理已经发展到了极致，大厦已经完工，但是就在几年后，量子物理横空出世。

如今，大家认为物理学再次陷入停滞状态，这是否是一场新变革的开始？

爱因斯坦奇迹年

相信上学的时候老师都讲过爱因斯坦的事迹，其中流传最广的是什么爱因斯坦小时候数学考1分，之后逆袭的故事。

其实这里面有一个误会，在德国，不是采取的100分制度，而是5分制度，并且计算方式和我们的不一样。

1分是满分，2分是优秀，3分是良好，4分是及格，5分是不及格。

爱因斯坦数学考1分，那妥妥的是神童，不是什么笨鸟先飞！

爱因斯坦也不是无师自通的，在他成为伟大物理学家的道路上有洛伦兹、普朗克等人的帮助，之后还有根本哈根学派的竞争。

那一时期可谓是百花齐放，群星闪耀，被称为人类历史上科学爆发的时代。

而这其中最闪耀的，当然就是爱因斯坦的相对论。

在传统的经典物理中，时间、质量是不会发生变化的，它们和空间也没有什么关系。

但是在爱因斯坦的相对论里面，一切都会与我们眼睛看到的不同，时间与运动的速度有关，甚至连物体的质量也会发生变化。

当然，创造奇迹的那个公式：E=mc^2，更是阐明了质量和能量的关系，原来人们认为毫不相干的两个物理量，竟然还有这一层关系。

这个公式也为之后的核爆打下了基础，后来被爱因斯坦自己称为“潘多拉的魔盒”。

1905年，所有想到的和想不到的，都被爱因斯坦以不可思议的形式写入论文。

以至于相对论太过于超前，无法用实验验证，爱因斯坦只能凭借光电效应获得诺贝尔奖。

当时人们对他的评价是，不是诺奖让他闪耀，而是诺奖因他获得荣幸。

在相对论诞生后，它的宿敌量子力学也开始飞速发展，以玻尔为首的根本哈根学派，与爱因斯坦在不确定上面展开了激烈的辩论。

他们甚至在1927年第五届索尔维会议上针锋相对，创造了载入史册的“巅峰对决”。

对了，那场会议也诞生了人类历史上的最强合照，放眼望去全是诺贝尔奖获得者以及各种物理化学单位。

然而一切都随着这些最强大脑们的离世而结束，人类史上的科学爆发时代，也戛然而止。

那么人类的科学真的止步不前，陷入停滞，我们正在不停地吃老本？

物理学的时间跨度

对于科学我们不能抱有急躁的心理，就拿物理学来说，它的发展时间线有2000多年，甚至一度走进了死胡同里面。

物理学的起源要追溯到古希腊时期的亚里士多德，他给整个物理界打下了地基，但是也打下了枷锁。

亚里士多德时代的物理被称为经验物理，一切都以生活中所看到的为准，但是眼见就一定是真实的物理定理吗？

很显然不是，比如亚里士多德认为想要运动一定要有力，没有力物体就会停止运动。

这在生活中是这样的没错，但是在物理学领域，这个说法显然存在一定的局限性，可是当时的物理学家们无法找到反驳他的理论。

再比如亚里士多德认为质量越大的物体，它自由落体的速度会更快；地球是宇宙的中心，太阳和月亮都围绕着它运转。

中世纪时期，出于各种原因，教会把亚里士多德的理论奉为了圭臬，谁反对谁就会受到惩罚。

直到伽利略等人撬开封锁的大门，物理才迎来了一次新生。

一个叫牛顿的人，拿着它的三大力学定律，吹响了经典物理的号角，物理学迎来了一次质的飞跃。

经验物理开始逐渐退出历史舞台，一切物理的理论，要以实验来验证，要用公式来表达。

以牛顿为代表的物理学家们，开始在亚里士多德打下的地基上盖起了房子，物理学大厦的雏形开始显现。

牛顿之后，一位叫麦克斯韦的“妖怪”开辟了电磁学理论，物理又再次点亮了新的分支。

这一时期物理多点开花，力学、光学、电磁、热学，我们物理课本上的大部分知识，都是在这一时期成型。

如果没有这一时期的物理学家们，我们的物理书可能只有两三页，并且大部分还是在讲哲学。

这是前爱因斯坦时代，属于经典物理的时代。

从古希腊的经验物理到牛顿他们的经典物理，跨越了2000多年，伽利略和牛顿他们面对的是2000多年没有突破的物理，并且还有很多错误在里面。

我们现在是后爱因斯坦时代，相对论和量子力学才诞生100年多一点，对于物理历史来说，太短了。

按照现在这种悲观想法，那牛顿看见物理2000多年没有突破，早就失望透顶了，还研究什么万有引力呢？

科学的发展需要传承

科学家们最爱说的一句话：站在巨人的肩膀上摘苹果。

意思就是，他们的理论也不是石头里蹦出来的，而是在前人的研究中，不断地改进，不断探索，甚至怀疑、否定自己的相法。

亚里士多德是伽利略的巨人，伽利略是牛顿的巨人，牛顿又是爱因斯坦的巨人。

爱因斯坦，又会成为下一个伟大物理学家的巨人，正是一代又一代的探索，物理才能长远发展。

100年，对于新理论来说，并不算久远，从经典物理到量子物理，中间有200多年，开尔文勋爵发表演讲的时候，爱因斯坦还在读书呢。

或许我们不应该这么急躁，多给物理一些时间，它没有停滞不前。

当然，不可否认，现在想要培养一位物理学家，需要耗费很长的时间，因为巨人们留下的知识越来越多，需要学习的也越来越多，学习的时间也越来越长。

举个例子，爱因斯坦读大学的时候，他的物理书肯定没有现在厚，因为他的理论还没被写上去。

如果是现代的一个孩子，他想要成为物理学家，需要学习各家物理的知识，如经典力学、电磁学、量子力学、相对论等等。

这无形中也增加了学习的时间，研究的脚步或许会变得更慢，但绝对没有停止。

还有一点很重要，那就是牛顿、爱因斯坦的理论是经过时间验证的，它来到我们面前的时候，已经是前人为我们证明过的了。

现代的物理学理论，很多都是以混沌的形式出现在我们面前，时间还没有来得及告诉我们它的对错。

很多人穷尽一生也无法亲眼见到假说被证实，这就是一个人寿命带来的局限性。

比如爱因斯坦的相对论，一开始就是他的假说，很多物理学家都想要验证这个假说，大部分以失败告终，有些物理学家直到生命的最后一刻也没有成功。

可想而知物理的发展不可能一蹴而就，哪有什么天降神兵，都是脚踏实地的积累，才有了一个时代的璀璨。

我们很荣幸生在了这个可以瞻仰前人，又可以展望未来的时代。

100多年没有出现比肩爱因斯坦的科学家很正常，我们无需为此感到悲观，也没必要否定正在努力的科学家们。

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今年的诺贝尔物理学奖垂青量子力学，中国的科研成果出现在诺奖介绍中

作者：文汇报

发布时间：2022-10-04 21:49

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10月4日，瑞典皇家科学院宣布，将2022年诺贝尔物理学奖授予法国物理学家阿兰·阿斯佩（Alain Aspect）、美国理论和实验物理学家约翰·弗朗西斯·克劳泽（John F. Clauser） 和奥地利物理学家安东·塞林格（Anton Zeilinger），以表彰他们在量子信息科学研究方面作出的贡献。

今年的诺奖物理学奖“花落”量子力学，堪称众望所归。正是因为这三位科学家的实验验证，证明了贝尔不等式在量子世界中并不成立，才开创了量子信息这一全新的研究领域，并且使得今天的量子计算机、量子通信等成为一个有着巨大潜力的研究和产业领域。

为学界津津乐道的是，今年的新晋得主塞林格，是中国科学院外籍院士，同时也是潘建伟院士的博士导师。

他们使得量子信息技术的发展成为可能

“这三位科学家验证了量子纠缠这一基础理论，在验证的过程中也同时推动了以量子计算、量子通信等为代表的量子信息技术。”上海交通大学教授金贤敏在博士期间就在潘建伟教授的指导下，负责在长城附近完成了当时最远距离的量子隐形传态实验，验证了基于卫星的全球化量子通信的可行性。

“可以说，因为他们的成就，量子计算机、量子通信、量子精密测量、量子成像等量子信息技术，有望成为具有重大变革性的新一代信息技术，已经成为很大的研究领域。”金贤敏解释称，量子信息技术发展的关键是对量子态的精确的操控，而量子纠缠的验证正是有效推动了人类对两体以上量子态的操控能力。按照量子力学，允许两个或多个粒子以纠缠态存在。纠缠粒子对中的两个粒子在相距很远的情况下，一个粒子的状态决定了，那么另一个粒子的状态也立即决定。量子纠缠概念最早由爱因斯坦提出，但量子纠缠是否存在，以及究竟是在局域还是广域有效，是物理世界存在了百年的争论。

阿斯佩、克劳泽和赛林格各自使用“两个或两个以上粒子即使在分离时也表现得像一个单元”的纠缠量子态，进行了开创性实验，验证贝尔不等式在量子世界不成立，证明了量子纠缠的假想是存在的。

复旦大学物理学系教授李晓鹏告诉记者，这三位科学家解决了量子信息科学核心的基础问题，其中的贝尔不等式的科学意义就是从根本上证明了量子力学是正确的。在历史上，量子力学是否是这个微观物理世界唯一的描述形式，其实是存在争议的。而他们三位验证的贝尔不等式就是确定了量子力学的正确性。

“量子力学是整个科学的奠基，物理学、化学、半导体、生物学、材料学等学科的底层理论都已经是量子力学，三位获得者，论证了量子纠缠的存在的，验证了百年的争论，非局域是正确的。他们的实验结果为基于量子信息的新技术奠定了基础。”金贤敏说，也正是因为要证明这个基础理论，要操纵量子态，要发展单量子态、多量子态等技术，实际上推动了以量子计算为代表的量子信息技术，量子计算使得算力指数级增加，有望在后摩尔时代继续提升人类算力。

诺贝尔物理学奖颁奖中，专门提到潘建伟团队

此次诺奖委员会对物理学诺奖中，专门提到了中国的潘建伟团队。而据物理学界多位接受采访的学者称，中国的量子科学技术应该是为数不多的可以并跑，甚至在某些方面可以领跑的科学研究领域。

据诺奖委员会介绍，量子技术的一个重要目标是能够在非常大的范围内分配纠缠距离，以便传递量子信息。最简单的方法是使用光学，但问题是光会衰减。在经典通信网络中，可以通过光纤链路放大器解决，但是在量子态，一个解决方案是利用卫星通过太空发送信号以避免损失。人们可以在很远的距离上建立量子纠缠。而中国的潘建伟小组在2016年发射第一颗量子通信卫星“墨子号”时就使用了这一技术，并且其后与塞林格小组合作，使用同一颗卫星在中国和奥地利之间实现了量子纠缠。

在上海高校，量子科学的研究也有着各自的特点。比如更聚焦材料、计算等相关技术。

“也正是因为他们验证了量子纠缠，才表明大规模的量子比特计算系统超越经典计算力的可能性。”李晓鹏主要从事量子算法研究和量子编码方案研究。他说，量子计算机和经典计算机一样，在完成计算任务的时候同样需要算法。一个可编程的量子器件就是一个量子计算机的雏形，如何用可编程的量子器件去解决一些科学问题或应用问题，都需要算法的推进。

不久前的《量子信息和量子技术白皮书（合肥宣言）》就预测，量子计算研发分为3个阶段：第一阶段是实现量子优越性，即针对特定问题的计算能力超越经典超级计算机；第二阶段是实现具有应用价值的专用量子模拟系统；第三阶段是实现可编程的通用量子计算机。

预计未来10—20年内，一批专用量子模拟系统将研发成功，用于催化化学反应模拟、高温超导材料制备等科研工作。它们的运算效率有望比经典计算机高得多，从而大幅提升这些领域的科研效率。

作者：姜澎

编辑：储舒婷

责任编辑：樊丽萍

图片来源：诺奖官网

*文汇独家稿件，转载请注明出处。

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授予量子纠缠研究 天目新闻对话专家解读诺奖物理学奖

作者：天目新闻

发布时间：2022-10-05 05:53

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天目新闻 记者 曾杨希

获奖者肖像

来吧，今天让我们一起懂点量子力学。

北京时间10月4日17时45分，2022年诺贝尔物理学奖揭晓，三位研究量子纠缠的科学家获奖。

法国科学家阿兰·阿斯佩（Alain Aspect），美国科学家约翰·克劳泽（John F. Clauser）以及奥地利科学家安东·塞林格（Anton Zeilinger）利用纠缠光子进行实验，证明了贝尔不等式不成立，并以此开创量子信息科学。

量子纠缠很“神秘”，爱因斯坦曾将这种现象称之为“鬼魅般的超距作用”。量子纠缠也很“简单”，通俗地说，就是两个“纠缠”的量子，无论被分隔到多么遥远，都可以“保持联系”，并瞬时共享它们的物理状态。

关于量子纠缠的研究有何意义？天目新闻记者采访了之江实验室量子传感研究中心研究专家董莹。

量子纠缠示意图

“鬼魅般的超距作用”

量子的概念，与分子、原子等“粒子”不同，它是最小的、不可再分割的基本单元。比如，“光的量子”就是光的最小能量单元，简称光子。

在量子的世界，当两个量子发生“纠缠”，无论相隔多远，如果一个量子的状态发生变化，另一个也会“瞬时”发生相应变化。

早在上世纪30年代，爱因斯坦也注意到了这种现象，他认为这种行为违背了定域实在论，称量子纠缠为“鬼魅般的超距作用”。

按照经典物理规律，信号的传播速度不能超过光速。董莹表示，但在量子物理领域，当两个量子发生“纠缠”时，这种“瞬时”速度甚至超过了“光速”，会“同步”发生。

物理学家们怀疑，按照经典物理论，是某种隐藏的因素导致了这样的结果，因此假设存在隐变量。但到底隐变量是什么，不得而知。

直到20世纪60年代，物理学家约翰·贝尔（John Stewart Bell）提出了以他的名字命名的数学不等式，可以应用于任何由两个相互纠缠的粒子所组成的量子系统，通过实验结果去验证。

“在经典力学中，即使存在隐变量，这个不等式也严格成立；而在量子力学中，这个不等式则有可能不成立。”董莹说。

量子纠缠示意图

三位科学家做了什么？

今年获奖的三位科学家中，用一句话概括，就是用纠缠光子验证了量子不遵循贝尔不等式，开创了量子信息学。

上世纪70年代，约翰·克劳泽进行了一个实际的实验，来检验贝尔不等式。他向相反的方向发送一对纠缠粒子，并进行测量。实验的结果违反了贝尔不等式，并与量子力学的预测一致。这意味隐变量的理论无法取代量子力学。

不过这个实验存在一些漏洞，在制备和捕获粒子方面效率低下，测量也是预设的。

在这样的背景下，1982年，阿兰·阿斯佩对实验装置进行了改进，可以检测到更多的光子。相关的测量结果也更加明确了，量子力学是正确的，不存在隐变量。

对量子态及其所有属性的测量和操纵，具有巨大的应用潜力。在对量子纠缠等特性的应用层面，安东·塞林格和他的同事们是第一个“吃螃蟹的人”，发现纠缠的量子态具有存储、传输和处理信息的潜力。

董莹说，通过精密的工具和一系列的实验，研究小组展示了一种被称为“量子隐形传态”的现象——即利用了量子纠缠特性，在一定距离上，可以使得量子态从一个粒子移动到另一个粒子上。

量子纠缠示意图

进入新的量子信息时代

值得一提的是，三位获奖科学家之一，安东·塞林格是中国科学院外籍院士，也是中国物理学家、中国科学院院士潘建伟在奥地利学习时的老师。

1997年，安东·塞林格和同事首次完成了量子隐形传态的原理性实验验证，成为量子信息实验领域的开山之作。潘建伟也是这一个实验的重要参与者之一。

沿着量子纠缠的基础理论研究，能带来哪些应用的空间？

2018年，潘建伟团队对外公布，利用世界首颗量子通信实验卫星“墨子号”，实现了相距7600公里的中国和奥地利完成量子保密通信。这一探索正是与导师安东·塞林格教授合作完成。

在量子纠缠现象中，如果赋予量子态中的信息以含义，将有广阔的应用空间。

“不仅可以用于特殊信息的传递，还能用于量子计算。”同时，董莹还以电子为例，分享了个略带“科幻感”应用，“如果想把地球上的电子搬到火星，一种方法是把实体运输过去，还有一种方法是利用量子纠缠，把地球上电子的信息状态传给火星上的另一个电子，也就相当于把实物传递了过去了。”

董莹还表示，自己所在的之江实验室也在做量子精密测量方面的研究，利用量子纠缠原理，可以让测量灵敏度实现质的提升。

“众所周知，用100台测量仪器做实验可以减小误差。但如果可以让100台仪器实现“纠缠”，再去做实验，则可以进一步将测量灵敏度再提升10倍，所以纠缠还是实现精密测量的有利工具。”董莹说。

如今，在这些用来操纵纠缠粒子系统的新技术的帮助下，我们正在进入一个新的量子信息时代。

（图片来自诺奖官网）

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