2022-10-24 文：王珩 由 量子前哨 發表于科學

而與之前所有的實驗一樣，維也納屋頂實驗也表明量子力學正確，以及在光子到達地球的 600 年左右的時間裡，不存在能對觀測設定構成影響的「隱變量」。蔡林格用這種方法，成為第一個為糾纏光子貝爾實驗堵住所有的隱變量漏洞的人。 值得一提的是，中國的潘建偉院士在當時是蔡林格的主要助手。由於糾纏光子在幾乎真空的太空自由空間中可以暢行很遠的距離，因此，將兩個糾纏光子的檢測端進一步分開，能更強的堵住貝爾實驗的漏洞。2017年6月，潘建偉院士的中國團隊通過墨子號量子通信實驗衛星將糾纏光子對分發到德令哈和麗江兩地，實驗中創造了1203公里的量子糾纏最遠距離記錄，實驗結果再一次表明了貝爾不等式不成立，這項成果以封面論文的形式發表在《Science》上。 此外作為量子領域的泰斗級宗師，蔡林格的貢獻還包括首次實現了量子隱形傳態。這是一種利用分散量子糾纏與一些物理訊息（physical information）的轉換來傳送量子態至任意距離的位置的技術，是一種全新的通信方式。它傳輸的不再是經典信息而是量子態攜帶的量子信息，在量子糾纏的幫助下，待傳輸的量子態如同經歷了科幻小說中描寫的「超時空傳輸」，在一個地方神秘地消失，不需要任何載體的攜帶，又在另一個地方神秘地出現。 1997年，蔡林格的研究團隊在室內首次完成了量子隱形傳態的原理性實驗驗證，成為量子信息實驗領域的經典之作。2004年，該小組利用多瑙河底的光纖信道，成功地將量子隱形傳態距離提高到了600米。

總結

克勞澤、阿斯佩、蔡林格這三位諾貝爾獎獲得者的實驗，前後歷時半個世紀，在貝爾天才般的數學洞察和嚴密推理的指引下，從實驗的角度揭示了我們的宇宙本質。它要麼是非確定性真實的，這意味著微觀粒子的狀態在被測量之前是不確定的概率性存在；要麼是非局域性的，這意味著微觀粒子即使在距離很大的情況下也能瞬時相互影響。這些違反我們宏觀世界直覺的現象，為今天的量子計算和量子通信等應用奠定了基礎。

最後回到2022年度諾貝爾物理學獎的頒獎理由：「對糾纏光子進行的實驗，證明了對貝爾不等式的違反和開創性的量子信息科學」。這個理由再一次證明了光學和光量子對於量子領域乃至整個物理學的基本性和革命性影響。 光量子一直是研究量子力學，推進量子信息科學和開發量子技術的旗艦系統。正是對光的本質的探尋，普朗克對於黑體輻射的光譜分析、愛因斯坦對於光電效應的研究催生了量子力學，而後科學史上一系列經典的實驗，包括雙縫干涉實驗、惠勒延遲選擇實驗、以及本次諾獎的貝爾實驗等，都在逐步揭示了光和其它物質在量子世界中的波粒二象性，干涉、疊加、糾纏等展示出量子世界那迥異而違反直覺的規律。而以雷射為代表的光學技術所帶來的加工、測量、操縱等全方位的工程技術進步，更是促進了物理、天文學、宇宙學、化學、醫學等學科的跨越式發展，據不完全統計，至少有40多位諾貝爾獎獲得者的成就與光學相關。

時至今日，量子信息科技的發展一日千里，量子通信已經走向實用，基於光量子的量子通信已經開始形成網絡。而隨著基礎技術和理論方案的不斷發展，光量子計算也取得了巨大進展，代表了一條令人興奮的中大規模處理之路，甚至被認為是實現百萬量子比特規模量子計算的必由之路。 隨著近年來量子光源的改進、光量子集成平台的發展，改進探測器，新穎的抗噪性理論方法，進一步鞏固了光量子作為量子信息處理和量子網絡的主要地位，未來光量子必將大有可為。

此外，在去年的諾貝爾物理學獎將一半頒給了真鍋淑郎（Syukuro Manabe）克勞斯·哈塞爾曼（Klaus Hasselmann）表彰他們「地球氣候的物理建模，量化可變性並可靠地預測全球變暖」。另一半頒給了喬治·帕里西 （Giorgio Parisi）表彰他「發現了從原子到行星尺度的物理系統中無序和波動的相互作用」。 帕里西研究工作涉及自旋玻璃理論，用來解釋混沌邊緣的複雜現象。帕里西的自旋玻璃理論是在伊辛模型的基礎上擴展而成，深刻地揭示了無序體系中的隱藏對稱性。伊辛模型很好地給這些混沌與秩序邊緣的複雜現象進行了數學建模，具備了很廣的跨學科應用，如金融股票市場、種族隔離、政治選擇等不同的複雜性問題。伊辛模型的可以用來建模神經網絡系統，從而搭建可適應環境、不斷學習的機器（Hopfield網絡或玻爾茲曼機）。帕里西也正是因為「找到了無序複雜系統中隱藏的模式」而獲得了2021年的諾貝爾物理學獎。