约翰·克劳泽、阿兰·阿斯佩和安东·蔡林格：致力于研究量子怪异性的物理学家

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　　参考消息网10月16日报道 美国《纽约时报》网站10月4日刊登题为《诺贝尔物理学奖授予三位致力于研究量子怪异性的科学家》的文章，作者是科拉·恩格尔布雷希特。全文摘编如下：

　　三位物理学家被评为2022年诺贝尔物理学奖得主。三人的工作成果都表明，自然界比爱因斯坦敢于想象的还要怪异。

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　　约翰·克劳泽伙伴公司的约翰·克劳泽、法国帕莱索光学研究所的阿兰·阿斯佩和奥地利维也纳大学的安东·蔡林格将分享1000万瑞典克朗（约合90万美元）奖金。

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　　他们各自独立开展的工作旨在探索量子力学的基础原理，即支配亚原子世界行为的怪诞法则。

　　通过50年的实验，他们证实了一种效应的现实性，测量一对相距很远的粒子中的一个，可以随即改变另一个粒子的测量结果——即使两个粒子相隔很多光年。今天，物理学家们将这种奇怪的效应称为“量子纠缠”，它是量子信息这个新兴领域的基础。

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　　尽管爱因斯坦是量子理论的创始人之一，但他拒绝接受量子力学。1964年欧洲核子研究中心的理论物理学家约翰·斯图尔特·贝尔说明了——但并未实施——一项可检测爱因斯坦和量子力学哪个正确的实验。

　　实验尝试

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　　克劳泽博士是实施贝尔提出的实验的第一人。他在哥伦比亚大学读研究生时偶然看到了贝尔博士的论文，并意识到这是他可做的一件有意义之事。

　　1972年，在美国加利福尼亚大学伯克利分校校园内的一个地下室里，克劳泽博士和该校研究生斯图尔特·弗里德曼（已于2012年去世）尝试进行了贝尔提出的量子纠缠测量实验。

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　　在一系列实验中，克劳泽博士发射了数千个光量子——亦称光子，以测量一种名为“偏振”的特性，它只可能有两个值——上或下。探测器的结果都是一系列看似随机的上下起伏。但当对两个探测器的结果进行比较时，这种起伏就有了相配性，而这是“经典物理学”和爱因斯坦的定律都无法解释的。宇宙中有某种奇怪的东西处于运行状态。“纠缠”似乎确有其事。

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　　当时，大多数物理学家都无意去争论量子力学的意义，因为他们在忙着利用量子力学制造原子弹和晶体管。

　　麻省理工学院物理学和科学史教授戴维·凯泽说：“克劳泽遭遇过很多科学家的反对，他们认为这甚至都不属于科学范畴。”凯泽博士周二说：“他肯定非常坚持才公布了自己的研究结果。”

　　克劳泽博士2002年接受美国物理学会采访时承认，他本人曾认为量子力学是错误的，爱因斯坦是正确的。

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　　他说：“很显然，我们得到了‘错误的’结果。我别无选择，只能报告我们看到的情况，你要知道，‘结果就是这样’。但这与我的直觉相悖，我当时认为我的直觉肯定是对的。”他还说：“我希望我们能推翻量子力学。其他人都认为，‘约翰，你真是疯了’。”

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　　克劳泽博士的发现以及对这种诡异作用的量子力学描述有一个蹊跷之处：这种相关性只是在对单个粒子进行测量后才会显现出来——即物理学家们要在事实发生后对他们的测量结果进行比较。“纠缠”似乎确有其事，但并不能用于以比光速更快的速度传达信息。

　　那个十年的大部分时间里，克劳泽博士都在苦于弄清他可能忽视了哪些漏洞。一种可能性被称为“位置性漏洞”。

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　　堵住漏洞

　　阿兰·阿斯佩博士现任巴黎-萨克雷大学和巴黎综合理工大学教授。上世纪70年代攻读博士学位期间，阿斯佩曾在喀麦隆任教3年，并在业余时间钻研量子力学。他在接受诺贝尔委员会采访时说，他后来回到法国，准备去解答贝尔博士提出的难题。

　　1982年，阿斯佩博士和他在巴黎大学的团队试图堵住克劳泽博士的漏洞，方法是每十纳秒改变一次对光子偏振进行测量的方向。他当时也认为爱因斯坦是对的。

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　　阿斯佩博士的研究结果让“纠缠”出了名，使其成为物理学家和工程师可加以利用的一种真实现象。量子预言是适用的，但克劳泽博士在贝尔实验中还发现了其他的可能漏洞，而要宣布量子物理学家战胜了爱因斯坦，就要堵住这些漏洞。

　　举例来说，阿斯佩博士在实验中以一种有规律的、由此从理论上讲可预测的方式改变偏振方向，光子或探测器由此可有所感知。

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　　就在那个时候，维也纳大学教授安东·蔡林格拾起了接力棒。1998年，他给贝尔实验增加了更多随机性，即在被纠缠粒子飞行状态下使用随机数生成器改变偏振测量的方向。

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　　量子力学再一次以绝对优势击败爱因斯坦，堵住了“位置性漏洞”。

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　　尽管如此，还是存在其他会引发批评或偏见的可能源头。近年来，蔡林格博士及其合作者们一直在进行“宇宙钟”实验，即利用距离这里数十亿光年远、名为“类星体”的遥远星体的光线波动作为随机数生成器去设定探测器方向。

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　　如今，随着科学家们对纠缠粒子进行更多实验，“纠缠”被接受为量子力学的主要特征之一，并被用于密码学、量子计算和即将出现的“量子互联网”等领域。量子纠缠在密码学领域取得的最初成果之一是，利用纠缠量子对发送信息，这可以安全发送密钥——因为任何窃听行为都会彻底破坏量子纠缠，由此可向接收者提示异常状况。

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　　克劳泽博士在接受美国物理学会采访时说：“我直到今天都一直承认，我仍然弄不懂量子力学。我甚至都不确定，我真的知道怎么用好它。这与一个事实大有关系，那就是我仍然弄不懂它。”

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