诺贝尔物理学奖授予量子力学：获奖者证明爱因(2)

证明爱因斯坦错误

在量子信息技术中，多位业内人士对《中国新闻周刊》指出，量子精密测量是最接近产业化与实用化的，通过量子态对外界进行测量，在精度上突破了经典力学的散粒噪声极限。潘建伟曾在接受《中国新闻周刊》采访时也指出，量子精密测量的用途很广，包括时间、长度、温度等尺度，他预计接下来的5到15年间，各式各样的应用会陆续推出。

诺贝尔物理学委员会主席安德斯·伊尔贝克在颁奖时说，三位获奖者各自使用“两个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，实验结果为基于量子信息的新技术扫清了障碍。“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”。

中国科学院院士、中国科学院量子信息重点实验室主任郭光灿对《中国新闻周刊》分析说，贝尔不等式是量子力学发展中一个非常重要的理论，这个理论之所以如此重要，是因为它对“量子力学是否正确”这样的重大问题做出了一个判断。而在验证的所有实验中，阿斯佩实验又是其中最重要的一个，因为早期实验漏洞太多，并不令人信服，但阿斯佩实验第一次“用光学的方法真正把道理讲清楚”，被学界所公认。实验提供了一个非常明确的结果：量子力学是正确的，没有隐藏的变量，“幽灵肯定存在”。

1997年，塞林格首次在实验中成功传送了一个光子的自旋，相关成果于当年12月被发表在《自然》上，题为《实验量子隐形传态》。论文指出，量子隐形传态是量子系统状态在任意距离上的传输和重建，也是量子计算网络的关键组成部分。几年后，塞林格团队又成功将秘密信息编码成纠缠光子串，使窃听者无法有效拦截这些信息。

金贤敏解释说，当实验人员想传输一个量子态时，先把这个初始量子态和量子纠缠对中其中一个粒子“碰一下”，“进行一系列操作”，再把操作结果发到纠缠对的另外一个粒子处，对其进行一定操纵和旋旋以后，“另外一个粒子就会和最初想传输的量子态一模一样，也就是通过纠缠做一个桥梁，可以传递任意未知的量子态。”

20世纪20年代的量子力学革命就是在这场争论中开启。量子力学长期以来的核心理论难题是“远距离的幽灵行动”问题，即为何两个或多个粒子以所谓的纠缠态存在，更进一步阐述，纠缠对中的一个粒子发生的事情，就决定了另一个粒子发生的事情——即便它们相距很遥远。比如，一个光子的偏振态是“向上”的，另一个光子的偏振态就必然是“向下”的，仿佛“心灵感应”。对此，爱因斯坦认为，纠缠对中的粒子包含了隐藏变量，即局部因果关系，因此量子力学形式是不完整的。显然，爱因斯坦不相信上帝会掷骰子，玻尔则强烈反对这一结论。

塞林格1945年出生于奥地利，1971 年在维也纳大学获得博士学位，1999年加入维也纳大学任教，后来成为奥地利科学院院长。值得一提的是，国内知名量子通信专家潘建伟1996年在奥地利攻读博士学位时，就师从塞林格。现在，塞林格团队与中国科学院合作密切，参与了中科院主导的洲际量子通信实验，在国际上首次实现北京--维也纳两地量子保密通信。

与此同时，全球各国都在抢占“量子赛道”。美国正在建造量子卫星链路，特朗普政府2018年启动了美国量子行动计划，计划在2019~2023年在量子研究方面投入12.75亿美元。2018年10月，欧盟也宣布了《量子旗舰计划》，计划在未来十年间在量子传感器、量子通信与量子计算机领域投入10亿欧元。法国宣布了一项规模高达18亿欧元的量子技术五年投资计划。据悉，中国量子国家实验室投入规模预计在未来5~10年达到数百亿元人民币。下一步，中国量子通信技术发展将主要聚焦三个方向：量子通信安全性定量化、量子通信系统芯片化和小型化、完善量子网络建设的方式和协议的更新。

在《实验量子隐形传态》一文中，27岁的潘建伟担纲第二作者，该文后来还入选了《自然》的“物理学百年21篇经典论文”。“入选的这些论文中，前面20篇都拿到诺奖了，这是第21篇，今年也获得了诺奖。”金贤敏说。金贤敏是潘建伟的学生，在博士求学期间，就在野外环境下开展了三年量子隐形传态实验。

1935年，爱因斯坦等更进一步提出了著名的EPR佯谬，核心观点是：量子力学没有提供对现实完整描述。1964 年，在欧洲核子研究中心工作的英国物理学家约翰·贝尔提出了著名的贝尔不等式，这一不等式的核心在于，如果存在隐藏变量，则大量粒子测量结果间相关性永远不会超过某个值。如果能通过实验验证，测量结果违反了贝尔不等式，就意味着量子力学不能用局域隐变量理论来解释，即证明爱因斯坦的认知是错误的。

文章来源：《应用力学学报》 网址: http://www.yylxxb.cn/zonghexinwen/2022/1017/941.html