“量子物理”成大赢家！南大名誉教授获2022诺贝尔物理学奖

2022年诺贝尔物理学奖昨天公布，Alain Aspect（阿兰·阿斯佩）、John F.Clauser（约翰·克劳瑟）和Anton Zeilinger（安东·塞林格）三位科学家获奖。安东·塞林格2016年被聘为南京大学名誉教授，并作为代表与我校签署《南京大学-奥地利科学院合作备忘录》，在量子物理等多个领域开展合作。

北京时间10月4日下午，2022年诺贝尔物理学奖评选结果揭晓。瑞典皇家科学院决定授予法国科学家Alain Aspect（阿兰·阿斯佩）、美国科学家John F.Clauser（约翰·克劳瑟）和奥地利科学家Anton Zeilinger（安东·塞林格）诺贝尔物理学奖 ，以表彰他们“进行了纠缠光子的实验，确立了对贝尔不等式的不成立，并开创了量子信息科学”。

诺奖官方表示，阿兰·阿斯佩、约翰·克劳瑟和安东·塞林格通过开创性的实验，展示了研究和控制纠缠态粒子的潜力。一堆相互纠缠的粒子，哪怕它们相隔很远的距离，无法相互影响，也能决定对方会发生的变化。三位获奖者对相关实验工具的开发，为量子技术的新时代奠定了基础。

据悉，阿斯佩、克劳瑟和塞林格分别利用纠缠的量子态进行了突破性实验，他们的成果为基于量子信息的新技术扫清了道路，让不可思议的量子力学效应找到了实际的应用，并造就了一个庞大的研究领域，包括量子计算机、量子网络和安全的量子加密通信。促成这一发展的关键因素之一在于，量子力学允许两个或多个粒子以所谓的纠缠状态存在。发生在纠缠对中的一个粒子上的事情，决定了发生在另一个粒子上的事情。

诺贝尔物理学委员会主席安德斯·伊尔巴克（Anders Irbäck）说：“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。”

安东·塞林格（Anton Zeilinger）

安东·塞林格是奥地利籍物理学家，现任奥地利科学院院长。其论文共被引用94000余次，并于2014年进入汤森路透“高引用科学家”榜单。  
塞林格长期从事量子物理和量子信息研究，是国际上量子物理基础检验和量子信息领域的先驱和重要开拓者。无论是理论还是实验，塞林格在量子物理基础检验方面建立了始创性的功绩。他曾与合作者在国际上率先开展中子、原子、大分子的量子干涉实验，实现了无局域性漏洞、无探测效率漏洞的量子力学非定域性检验，提出并在实验中制备首个多粒子纠缠态（GHZ态），这在量子力学基础检验和量子信息中起着关键作用。
基于量子物理的基础检验，塞林格与同事开发出了多光子干涉度量学，进一步把它们广泛用于量子信息处理，具体包括量子密集编码、远距离量子通信、光量子计算等领域。其中，他在1997年首次实现量子隐形传态的工作，被公认为是量子信息实验研究的“开山之作”。
从1983年开始，塞林格一直与中国科学院、中国工程院等机构定期交流与合作。通过“墨子号”量子科学实验卫星，塞林格团队以合作形式参与到中国科学院主导的洲际量子通信实验。而且，还在全球第一次使北京-维也纳两地的量子保密通信成为可能，该成果入选了美国物理学会评选的“2018年度国际物理学十大进展”。另悉，塞林格还受聘为南京大学、中国科学技术大学、西安交通大学的名誉教授。
在媒体采访中，塞林格感谢了所有让只存在于理论的实验变成现实的人。他希望他的获奖，可以鼓励更多年轻人去发现量子力学的乐趣，从而进入这个领域。他同时表示，我们对时间和空间的理解都还有很多的未知。

安东·塞林格与南京大学

2016年11月3日，奥地利科学院院长、量子物理科学家安东·塞林格教授访问南京大学，时任校长陈骏会见来宾。双方就量子物理等多个领域的合作开展深入探讨，并签署《南京大学-奥地利科学院合作备忘录》。当天下午，授予安东·塞林格院长南京大学名誉教授仪式暨钟山论坛学术报告在鼓楼校区举行。安东·塞林格以“从量子物理谜团到量子信息技术”为题作学术报告。

学生眼中的安东·塞林格

今年77岁的安东·塞林格，是南京大学物理学院马小松教授在奥地利读博士和博士后阶段的导师。得知消息的他第一时间接受了媒体采访，回忆了与导师愉快相处合作的情景，并欣然为网友科普起量子物理的相关知识。

从2005年到2012年，马小松在维也纳量子光学和信息研究所度过了7年的研究生涯。他告诉记者，导师留着醒目的大胡子，风趣、幽默，富有人情味。对于基础物理一直保持着浓厚的兴趣和好奇心。“举个例子，我们的组会多半在早上开，每个人带上自己的早餐，一边吃一边听报告，整体讨论的氛围也比较轻松。”安东·塞林格给了学生充分自主的研究环境，在马小松的印象里，导师会频繁邀请外校和外国的学者前来交流，给大家创造很好的交流讨论和学习的氛围。在学生的科研遇到困难时，安东·塞林格会是最坚强的后盾。“我在2008年开始了一个实验，实验对于天气、环境等因素的要求比较高，因此做到2012年才成功。”马小松说，在2010到2011年，自己的实验曾经因为撒哈拉沙漠的沙尘暴而耽误，“那时我们都有些沮丧，但当时已经60多岁的老师，不顾高龄，坚持来到了西班牙，晚上和我们一起熬通宵做实验，还给我们送上了很多鼓励，给我留下了非常深刻的印象。”
据悉，自2015年来到南京大学工作后，马小松教授课题组与安东·塞林格教授领导的研究组在光量子态调控与量子通信领域保持着长期合作关系，包括科研项目合作、科研人员互访和学生交流，并在光量子叠加与纠缠的物理原理、量子通信网络、量子芯片和量子模拟等诸多方向做出了多项国际领先的学术成果。

量子的世界，远比你想象得神奇
“量子”是能量存在的最小单元

了解今年的诺奖成就“量子信息”之前，必须先理解这两个概念，“量子”和“量子纠缠”。当一个物体存在最小的不可分割单元时，我们就说它是量子化的，并把这个最小单元称为一个量子。这个概念由德国物理学家普朗克在1900年研究黑体辐射时率先提出——能量存在最小单元即“能量子”（量子），它的传播是不连续的，而是一份一份的。量子化是量子力学的主要特征之一。除了能量以外，电荷、粒子自旋等物理量也是量子化的。

“我们了解了微观世界的原子和分子，而想要更好地描述世界，所依赖的理论依据就是量子力学。”马小松教授表示。量子科学区别于经典物理定律，在量子力学基本原理的基础上重新构建的具有颠覆性的观察、认识和理解微观世界的方法和理论。

“量子纠缠”有着神奇的特性

“如果量子力学描述的现象正确的话，两个用户A和B，无论间隔的空间和时间有多远，他们之间永远能产生关联。”专家对量子纠缠有一个通俗的解释：在浩瀚的宇宙中有一种现象似乎颠覆了自然法则，如果把两个粒子放到一起配对后，再把两个粒子分开，一个放在实验室，而另一个放在宇宙空间，此时神奇的事情就发生了。即使放在宇宙空间的粒子与地球上的这个粒子距离数百光年外，也能与另一个粒子相互关联。此时，科学家将地球上的一个粒子向左旋转，那么，宇宙空间的另一个粒子会同时向右旋转，不受地球与宇宙空间的距离限制。这就是神奇的量子纠缠现象。

利用量子纠缠，科研工作者们陆续在量子通信、量子计算、量子精密测量等领域做出实践性开拓。 

自20世纪初量子力学诞生以来，包括普朗克、玻尔、爱因斯坦等100多位科学家由于量子物理的研究而获得诺贝尔奖。

“从20世纪70年代末开始，科学家们就在进行量子纠缠方面的工作。这次三位科学家在诺奖评选中的胜出，赢在了他们对于量子物理最关键工作的印证，凸显出了量子力学和日常生活的不同之处。”马小松说。

量子物理未来能“改变世界”

据介绍，在理论物理研究的基础上，科研工作者们有了新的“小目标”，要用量子物理来“改变世界”。比如，在新药研发领域，量子计算就能帮上大忙。“目前的新药研发，科研人员需要在一遍遍试验的基础上做归纳和统计。有了量子计算的帮助，科研人员就可以从分子和原子的微观角度，去计算如何与药物靶点相结合，这会大大提高新药研发的效率。”在油田勘探领域，量子精密测量则像一个自带“透视镜”的“千里眼”，可以通过远距离测量的方式来帮助工作人员检测油田储备情况。

而目前推进最有成效的量子通信，大众相对会更加熟悉一些。“量子通信最大的优点是安全，它不会改变我们目前的信息通信形态，但却能够让信息更加安全。假如有人试图在通信过程中窃取信息，那么正在通信的双方就会迅速得知。”马小松形象地打了个比方，量子通信就是一个自带“保险柜”的加密通信过程，因此，在未来拥有广阔的前景。

南京大学首次实现基于无人机的量子纠缠分发

2020年，南京大学祝世宁团队谢臻达、龚彦晓等在量子信息研究中取得突破，首次实现了基于无人机移动平台的量子纠缠分发。该成果以 “Drone-based entanglement distribution towards mobile quantum networks”为题，在线发表于《国家科学评论》（National Science Review, NSR）。

对于这一研究成果，科学美国人（Scientific American）网站在一篇关于量子因特网的评论文章中给与高度评价，认为量子通信的“下一个最佳选择可能是相对便宜的无人机”。

量子纠缠分发是量子通信领域的重要研究内容，它可以有效证明量子通信链路的可靠性。此前，量子纠缠分发已在光纤链路以及卫星和地面之间的自由空间链路中获得成功。

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来源：南大新闻网、科学网、DeepTech深科技、扬子晚报、往期官微等

图片：佘治骏、马小松、网络媒体等

编辑：李佳轩

审校：宗和

责编：佘静 李烨婧