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2022年诺贝尔物理学奖——量子纠缠态

BNUPHYS 京师物理 2022-10-09

阿兰·阿斯佩(Alain Aspect)、约翰·克劳泽(John Clauser)和安东·塞林格(Anton Zeilinger)被授予2022年诺贝尔物理学奖,以表彰他们在纠缠光子实验,贝尔不等式的违反以及量子信息科学方面的先驱性贡献。

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

约翰·克劳泽1942年出生于美国加利福尼亚州,1969年获得哥伦比亚大学博士学位。现为J.F. Clauser & Assoc公司研究员。

安东·塞林格1945年出生于奥地利因克莱斯。1971年获得奥地利维也纳大学博士学位。现为奥地利维也纳大学教授。

研究工作简介:纠缠态——从理论到技术

阿斯佩、克劳泽、塞林格使用量子纠缠态进行了开创性的实验,为基于量子信息的新技术扫清了道路。

量子力学一个难以言表的效应开始被应用于量子计算机、量子网络和量子加密通信等领域。这一发展过程中的关键因素是量子力学如何允许两个或更多粒子以所谓的纠缠态存在。纠缠对中两个粒子即使相距遥远,其中的一个粒子所发生的变化也决定了另一个粒子的变化。

长期以来的一个问题是,是否存在隐变量导致这种关联性,这些隐变量告诉它们在实验中应该给出什么结果。20世纪60年代,约翰·贝尔(John Bell)提出了以他的名字命名的数学不等式。该等式表明,如果存在隐变量,大量测量结果之间的关联性永远不会超过某个特定值。然而,量子力学表明存在某种类型的实验违反贝尔不等式,从而产生更强的关联性。

克劳泽发展了贝尔的想法,并领导进行了一个实验。当他进行测量时,贝尔不等式被违反,从而支持了量子力学。这意味着量子力学不能被隐变量理论所取代。

克劳泽的实验仍旧存在一些漏洞需要弥补。阿斯佩开发了一个装置弥补了重要漏洞。他能够在纠缠对离开光源后关闭测量装置,因此当它们被发射时存在的装置不会影响结果。

塞林格利用改善的实验装置进行了一系列量子纠缠态的实验。他的研究小组演示了一种被称为量子隐形传态的现象,这种现象可以使得量子态从一个粒子传输到相距遥远的另一个粒子。

诺贝尔物理学奖委员会主席安德斯·伊尔巴克评论说:越来越清楚的是,一种新型的量子技术正在兴起。我们可以看到,获奖者关于纠缠态的研究工作非常重要,其重要性甚至超越了关于量子力学的阐释这一基本问题

[文字编译自Press release: The Nobel Prize in Physics 2022]

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