瑞典皇家科學院宣布，將2022年諾貝爾物理學獎授予法國物理學家阿蘭·阿斯佩（Alain Aspect）、美國理論和實驗物理學家約翰·弗朗西斯·克勞澤（John F. Clauser）和奧地利物理學家安東·塞林格（Anton Zeilinger），以表彰他們通過光子糾纏實驗，確定貝爾不等式在量子世界中不成立，並開創了量子信息這一學科。

新華日報·交匯點記者了解到，其中一位獲獎者安東·塞林格，是南京大學物理學院教授馬小松讀博期間和博士後階段的導師。

今天，我們邀請到馬小松教授為讀者科普量子物理的相關知識。

量子的世界，遠比你想像得神奇

了解今年的諾獎成就“量子信息”之前，你需要先理解這兩個概念——“量子”和“量子糾纏”。當一個物體存在最小的不可分割單元時，我們就說“它是量子化的”，並把這個最小單元稱為“一個量子”。這個概念由德國物理學家普朗克在1900年研究黑體輻射時率先提出——能量存在最小單元即“能量子”（量子），它的傳播是不連續的，而是一份一份的。量子化是量子力學的主要特徵之一。除了能量以外，電荷、粒子自旋等物理量也是量子化的。

“我們了解了微觀世界的原子和分子，而想要更好地描述世界，所依賴的理論依據就是量子力學。”馬小松告訴記者。量子科學區別於經典物理定律，是在量子力學基本原理基礎上重新構建的，具有顛覆性的，觀察、認識和理解微觀世界的方法和理論。

“量子糾纏”有著神奇的特性。有專家對“量子糾纏”做了一個通俗的解釋：在浩瀚的宇宙中有一種現像似乎顛覆了自然法則，如果把兩個粒子放到一起配對後，再把兩個粒子分開，一個放在實驗室，而另一個放在宇宙空間，此時神奇的事情就發生了。即使放在宇宙空間的粒子與地球上的這個粒子距離數百光年外，它們也能相互關聯；此時，科學家將地球上的一個粒子向左旋轉，那麼，宇宙空間的另一個粒子會同時向右旋轉，且不受地球與宇宙空間的距離限制。這就是神奇的量子糾纏現象。

利用量子糾纏，科研工作者們陸續在量子通信、量子計算、量子精密測量等領域做出實踐性開拓。

馬小松告訴記者，量子力學與相對論是20世紀物理學最重要的兩大進展。自20世紀初量子力學誕生以來，包括普朗克、玻爾、愛因斯坦等100多位科學家由於量子物理的研究而獲得諾貝爾獎。今年的諾貝爾物理學獎，大家可以理解為頒發給了量子物理領域的科學家。三位科學家從基礎物理的方面驗證了貝爾不等式的不成立，並且在量子信息領域做出了新的成就。

“從20世紀70年代末開始，科學家們就在進行量子糾纏方面的工作。這次三位科學家在諾獎評選中勝出，是贏在了他們對量子物理最關鍵工作的論證，凸顯出了量子力學和日常生活的不同之處。”馬小松說。

量子物理未來能“改變世界”

專家介紹，在理論物理研究的基礎上，科研工作者們有了新的“小目標”，要用量子物理來“改變世界”。比如，在新藥研發領域，量子計算就能幫上大忙。“目前的新藥研發，科研人員需要在一遍遍試驗的基礎上做歸納和統計。而有了量子計算的幫助，科研人員就可以從分子和原子的微觀角度，去計算如何與藥物靶點相結合，這會大大提高新藥研發的效率。”而在油田勘探領域，量子精密測量則像一個自帶“透視鏡”的“千里眼”，可以通過遠距離測量的方式來幫助工作人員檢測油田儲備情況。

而對目前推進最有成效的量子通信，讀者們相對會更加熟悉一些。“量子通信最大的優點是安全，它不會改變我們目前的信息通信形態，但卻能夠讓信息更加安全。假如有人試圖在通信過程中竊取信息，那麼正在通信的雙方就會迅速得知。”馬小松形像地打了個比方，量子通信就是一個自帶“保險櫃”的加密通信過程，因此，在未來擁有廣闊的前景。

南大教授眼中的諾獎得主：導師陪我們熬通宵做實驗

從2005年至2012年，馬小鬆在導師安東·塞林格教授的指導下，在維也納量子光學和信息研究所度過了7年的研究生涯。他告訴記者，導師留著醒目的大鬍子，風趣、幽默、富有人情味，對基礎物理一直保持著濃厚的興趣和好奇心。“舉個例子，我們的組會多半在早上開，每個人帶上自己的早餐，一邊吃一邊聽報告，整體討論的氛圍也比較輕鬆。”

安東·塞林格給了學生充分自主的研究環境，在馬小鬆的印象裡，導師會頻繁邀請外校和外國的學者前來交流，給大家創造很好的交流討論和學習的氛圍。在學生遇到科研困難時，安東·塞林格會是“最堅強的後盾”。“我在2008年開始了一個實驗，實驗對天氣、環境等因素的要求比較高，因此做到2012年才成功。”馬小松說，在2010年到2011年，自己的實驗曾經因為撒哈拉沙漠的沙塵暴而耽誤，“那時我們都有些沮喪，但當時已經60多歲的老師，不顧高齡，堅持來到了西班牙，晚上和我們一起熬通宵做實驗，還給我們送上了很多鼓勵，給我留下了非常深刻的印象”。

新華日報·交匯點記者楊頻萍

來源：新華報業網