2022年諾貝爾物理學(xué)獎揭曉，法國科學(xué)家阿蘭·阿斯佩、美國科學(xué)家約翰·克勞澤 、奧地利科學(xué)家安東·塞林格，因“糾纏光子實驗，驗證違反貝爾不等式和開創(chuàng)量子信息科學(xué)”，共同獲得這一獎項。

這標(biāo)志著，量子糾纏從猜想變?yōu)楝F(xiàn)實，一門新科學(xué)——量子信息科學(xué)，由此開啟。

一、什么是量子糾纏？

簡單來說，量子糾纏是指在微觀世界里，當(dāng)幾個粒子在彼此相互作用后，它們會形成一種特殊的整體狀態(tài)，無法單獨描述各個粒子的性質(zhì)，只能描述整體系統(tǒng)的性質(zhì) ，這就產(chǎn)生了量子糾纏。處于糾纏態(tài)的粒子，無論相隔多遠(yuǎn)，一個粒子狀態(tài)發(fā)生變化，另一個粒子也會瞬間發(fā)生相應(yīng)改變，無視空間和距離的限制。

二、量子糾纏的理論發(fā)展歷程

1935年，愛因斯坦、波多爾斯基和羅森提出EPR佯謬，質(zhì)疑量子力學(xué)的完備性，其中涉及到量子糾纏的概念。愛因斯坦將其稱為“遙遠(yuǎn)地點之間的詭異互動”，因為它似乎違背了經(jīng)典物理學(xué)中定域性的原理。

1964年，貝爾提出貝爾不等式，為驗證量子力學(xué)與經(jīng)典物理學(xué)的分歧提供了實驗判別標(biāo)準(zhǔn)。如果實驗結(jié)果違反貝爾不等式，就說明量子力學(xué)的非定域性是正確的。

從上世紀(jì)80年代起，科學(xué)家們基于糾纏光子對技術(shù)進(jìn)行實驗，結(jié)果越來越明確地違反了貝爾不等式，逐步證實了量子糾纏的特性，也讓愛因斯坦與玻爾的那場世紀(jì)之爭有了答案。

三、量子糾纏被證實意味著什么？

（一）理論物理層面：

量子糾纏的證實，極大地沖擊了經(jīng)典物理學(xué)的觀念，如局域性和實在性。經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為，物體的性質(zhì)是獨立于觀測而存在的，且相互作用的傳播速度不能超過光速。但量子糾纏中粒子間超越時空的瞬間關(guān)聯(lián)，讓我們不得不重新審視自然界的基本規(guī)律，為物理學(xué)發(fā)展開辟新方向。

（二）技術(shù)應(yīng)用層面：

- 量子通信：利用量子糾纏可實現(xiàn)無條件安全傳輸信息。因為量子態(tài)的測量會破壞糾纏態(tài)，一旦有人竊聽，通信雙方就能察覺，這將為信息安全要求極高的領(lǐng)域，如軍事、金融等，帶來革命性變革。我國在量子通信領(lǐng)域處于國際領(lǐng)先，“墨子號”量子衛(wèi)星和量子保密通信“京滬干線”等項目，構(gòu)建了天地一體化廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)雛形 。

- 量子計算：量子糾纏使量子比特能產(chǎn)生協(xié)同作用，實現(xiàn)并行計算，計算速度相比傳統(tǒng)計算機呈指數(shù)級提升。這意味著量子計算機可在極短時間內(nèi)解決復(fù)雜科學(xué)計算問題，如藥物研發(fā)中的分子模擬、天氣預(yù)測中的復(fù)雜模型運算等，推動科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新。

- 量子精密測量：通過對糾纏態(tài)的精確操控和測量，可提高測量的精度和靈敏度，在引力波探測、生物醫(yī)學(xué)成像、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

（三）哲學(xué)思考層面：

量子糾纏挑戰(zhàn)了因果律、定域性等傳統(tǒng)哲學(xué)概念，促使我們重新思考世界的本質(zhì)和事物間的相互關(guān)系。它暗示宇宙中可能存在更深層次的內(nèi)在聯(lián)系和整體性，激發(fā)了科學(xué)家對宇宙奧秘的探索欲望，也引發(fā)大眾對哲學(xué)和世界觀的深入思考。

量子糾纏的證實是科學(xué)發(fā)展的重要里程碑，雖目前許多應(yīng)用還處于研究和實驗階段，但隨著技術(shù)的不斷突破，未來有望改變?nèi)祟惿畹姆椒矫婷妗?/p>