2022年诺贝尔物理学奖揭晓！“量子纠缠”刷爆网络，牛剑面试考吗

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2022年诺贝尔物理学奖公布啦！以此契机，让我们走进物理的世界，一起探索量子世界的奥秘吧！

本月4日，瑞典皇家科学院宣布，将2022年诺贝尔物理学奖授予了法国科学家阿兰·阿斯百科特、美国科学家约翰·克劳塞和奥地利科学家安东·蔡林格，以表彰他们“用纠缠光子进行实验，证伪贝尔不等式，开创量子信息科学”。

法国科学家阿兰·阿斯百科特，1947年6月15日出生于法国阿让。现为法国巴黎萨克雷大学和法国帕莱索综合理工学院研究人员。

美国科学家约翰·克劳塞，1942年12月1日出生于美国加利福尼亚州帕萨迪纳，现在美国加利福尼亚州J.F.克劳塞协会工作。

奥地利科学家安东·蔡林格，1945年5月20日出生于奥地利，现就职于维也纳大学。

诺贝尔奖官网发布的新闻公报称，量子力学正开始得到应用。量子计算机、量子网络和安全的量子加密通信已经成为很大的研究领域。

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。

这三位科学家使用纠缠量子态进行了开创性的实验，在纠缠量子态中，即使两个粒子分离，它们也表现得像一个单独的单元。他们的研究结果为基于量子信息的新技术扫清了道路。

瑞典皇家科学院表示，他们的工作为量子技术的新时代奠定了基础。

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关于诺贝尔物理学奖

诺贝尔物理学奖是根据瑞典著名化学家阿尔弗雷德•贝恩哈德•诺贝尔的遗嘱，以其部分遗产作为基金创立的5个奖项之一，旨在奖励在物理学领域里做出突出贡献的科学家。

诺贝尔物理学奖规则规定，获奖者的贡献必须“已经受时间的考验”。这意味着诺贝尔委员会往往会在科学发现的数十年以后才会为此颁发奖项。

图片来自：诺贝尔官网

自1901年至2021年，诺贝尔物理学奖项已颁发115次，一共218位得主，记录了物理学发展史上的无数个里程碑，已成为人类文明不可分割的一部分。

百余年中，物理学奖也是华人拿奖最多的奖项，共6位华人科学家获此殊荣，包括李政道、杨振宁、丁肇中、朱棣文、崔琦和高琨。

随着诺贝尔基金的收益变化，诺贝尔奖的奖金有所浮动。2019年每项诺贝尔奖的奖金是900万瑞典克朗，2022年设定为1000万瑞典克朗。

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前五年诺贝尔物理学奖得主一览

2021年

因对我们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），分享了2021年诺贝尔物理学奖。

2020年

英国科学家罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）因证明黑洞是爱因斯坦广义相对论的直接结果，德国科学家赖因哈德·根策尔（Reinhard Genzel）和美国科学家安德烈娅·盖兹（Andrea Ghez）因在银河系中央发现超大质量天体，他们分享了2020年诺贝尔物理学奖。

2019年

因在我们理解宇宙演化和地球在宇宙中位置的贡献，美国科学家詹姆斯·皮布尔斯，和来自瑞士的科学家米歇尔·马约尔和迪迪埃·奎洛兹，被授予2019年诺贝尔物理学奖。

2018年

因在激光物理学领域的突破性发明，发明光镊的美国贝尔实验室科学家阿瑟·阿什金（Arthur Ashkin），与发明啁啾脉冲放大技术（CPA）的法国巴黎综合理工学院科学家热拉尔·穆鲁（Gérard Mourou）和加拿大滑铁卢大学科学家唐娜·斯特里克兰（Donna Strickland），被授予2018年诺贝尔物理学奖。

2017年

因对LIGO探测器（激光干涉引力波天文台）和引力波探测的决定性贡献，美国科学家雷纳·韦斯、巴里·巴里什和基普·索恩被授予2017年诺贝尔物理学奖。

2016年

因在拓扑相变和物质拓扑相方面的理论发现，均出生在英国、任职于美国三所不同大学的科学家大卫·索利斯、邓肯·霍尔丹、迈克尔·科斯特利茨被授予2016年诺贝尔物理学奖。

对于 物理专业的 ，纠缠光 、 尔不等式、量 信息领域这些概念仿佛是“天书” 般，不过没有关系，因为这些抽象的概念对于物理专业从业者来说也不是容易解释的事情。

量子力学的奠基人玻尔曾经开过这样一个玩笑：“如果你第一次学量子力学认为自己懂了，那说明你还没懂。”

今天，我们请到了唯寻高端项目负责人Leo导师，带我们深度了解本次诺贝尔物理学奖为何能引起这么大的讨论。

Leo

剑桥大学自然科学荣誉学士&物理系硕士

仅用一年自学完成A-Level数学，高等数学，进阶高等数学（18个Modules），物理，化学，中文A*A*A*AAA

受英国媒体报道，获剑桥大学，帝国理工学院无条件录取

雅思裸考8分，受英国皇家协会主席Martin Rees男爵亲自赠书

剑桥大学牛顿奖学金获得者，剑桥大学年度优秀成绩奖获得者（学院第一）

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量子纠缠态

很多小伙伴可能从社交媒体听到过这样 些概念：“遇事不决，量 学”、“薛定谔养了 只不知死活的猫”，在这些戏 背后隐藏的正是当今物理学界讨论的热点话题：量 纠缠态(Entangled Quantum State)。

学术化的语 来解释 下这个概念：当两个粒 处于量 纠缠态时，某 测量完 个粒 的属性后即可 确定另 个粒 的属性， 不需要再单独测量。

为了便于理解，我们可以想象这样 个实验： 个 球被送到 个 向， 个 球被送到相反 向。观察者抓到 个球，看到它是 的，就可以 即说，朝另 个 向移动的球是 的。

以爱因斯坦为 的物理学家认为，这些球 定包含着某种显示颜 的隐藏信息，只不过我们在测量之前并不知道 已。然 量 学说，这些球本来是灰 的，直到有 看着它们时，其中 个就会随机变成 ， 另 个会变成 。

上图中是物理学界对于这 问题提出的两种假设：

• 隐藏变量理论（Hidden Variables）
• 量 学（Quantum Mechanics）

期以来，这两种解释在理论层 甚 哲学层 直被众多顶级物理学家所争论。直到20世纪60年代， 位天才物理学家从数学 度提出了 个可以裁决两个理论正误的不等式。

1 John Stewart Bell

英国物理学家John Stewart Bell （约翰· 尔）于1964年提出了以他名字命名的数学不等式：如果存在隐藏信息， 量测量结果之间的相关性将永远不会超过某个值。

（John Stewart Bell，1928-1990）

（贝尔不等式）

然 ，量 学预 ，某种类型的实验结果将违反 尔不等式，从 导致更强的相关性。因此， 尔不等式变成了 个裁判，能够说明到底是哪 种解释更符合实验结果。

2 John Clauser

图片来自：网络

John Clauser（2022年诺 尔物理学奖三剑客之 ）在 尔的想法之上，设计了 个可操作的实验。当他进 测量时，明确的结果直接违反 尔不等式。这意味着纠缠态不能被 个使 隐藏变量的理论所解释。

3 Alain Aspect

但是John Clauser的实验仍然存在 些漏洞。于是Alain Aspect开发了 个可以弥补其重要漏洞的装置，能够在纠缠粒 离开其源头后切换测量设置，导致发射时的设置不会影响最终结果。

图片来自：网络

4 Anton Zeilinger

Anton Zeilinger在前 两 的基础上，利 更精炼的 具和 系列的实验，开始使 纠缠的量 态。

图片来自：网络

他的研究 组证明了 种叫做量 传送（Quantum Teleportation）的现象，使量 态从 个粒 移动到很远之外的另 个粒 成为可能，这意味着 类可能开启“超光速通讯”的 。

今年获得诺奖的成果为基于量子信息的新技术扫清了道路，它赋予了人类能够操纵和管理量子态及其所有层次的属性，使我们能够获得意想不到的工具。这就是量子计算、量子信息的传输和存储以及量子加密算法的基础。

图片来自：网络

上世纪发生的第一次量子革命给我们带来了晶体管和激光，人类从此摆脱了笔头计算，开始拥有电子计算机甚至超级计算机的算力，小到手机芯片大到航空航天等精密仪器，人类近几十年的科技发展都离不开第一次量子革命的技术变革。

而即将到来的第二次量子革命又能给人类带来什么跨越式的发展？进入21世纪，好奇的人类不再像前几个世纪一样徘徊在信息技术的殿堂之外，现在的我们正站在量子新纪元的台阶上，缓缓推开进化和未知世界的大门。