贝尔不等式到2022诺贝尔奖解读（2022年诺贝尔物理学奖解读）

本文目录

2022年诺贝尔物理学奖解读
2022年诺贝尔物理学奖揭晓，“量子纠缠”有哪些应用领域
今年诺贝尔物理学奖意义
2022年诺贝尔物理学奖推翻了什么
2022年诺贝尔物理学奖意味着什么
2022诺贝尔物理学奖获奖原因
2022诺贝尔物理学奖证明了什么
贝尔不等式到2022诺贝尔奖解读

2022年诺贝尔物理学奖解读

量子力学从上世纪初诞生以来，催生了晶体管、激光等重大发明，这被科学界称为第一次量子革命。量子纠缠长期是量子力学中最具争议的问题之一。量子纠缠是一种奇怪的量子力学现象，处于纠缠态的两个量子不论相距多远都存在一种关联。诺贝尔物理学奖（英语：NobelprizeinPhysics；瑞典语：Nobelprisetifysik）被普遍认为是在物理学领域能够取得的最高荣誉。是根据诺贝尔1895年的遗嘱而设立的五个诺贝尔奖之一，该奖旨在奖励那些对人类物理学领域里作出突出贡献的科学家。

2022年诺贝尔物理学奖揭晓，“量子纠缠”有哪些应用领域

2022年诺贝尔诺贝尔物理奖发布，授于法国专家学者阿兰·阿斯佩（AlainAspect），美国专家学者约翰·克劳泽（JohnClauser）和奥地利专家学者安东·蔡林格（AntonZeilinger），以嘉奖她们“用纠缠光子开展试验，证伪贝尔基本不等式，开辟量子信息科学”。

今年诺贝尔诺贝尔物理奖授于这三名科学家，即是而且他们的先行者科学研究为量子科技信息学打下基础，更是对物理学和量子纠缠现代逻辑认可。而憧憬未来，量子纠缠更为诱人运用便是超级计算机和量子通讯，主要包括量子信息、量子加密、量子传输这些，量子科技时期已经加快来临，人们都将历经一场全方位的创新。

简单来讲，2个距离漫长的陌生人纷纷开始想要做同一件事，仿佛有一根无形绳线牵着他们，这类神奇现象可以说“心有灵犀”。

与其类似，量子纠缠则指的是在神秘的宇宙里，拥有相同的来源2个外部经济粒子之间有纠缠不清关联，这俩纠缠不清在一起的粒子好比是一对有心灵感应的双子座，无论两个人距离多远，公里数量级或更远，只需当在其中一个人的状态变化时，另一个人的状态也会随之发生一样的改变。换句话说，无论这俩粒子距离多远，只要一个粒子状态产生变化，就可马上使另一个粒子状态产生相对应转变。

但是，在较早之前，量子纠缠并不是一个被赞同的存有。爱因斯坦和玻尔都是物理学的开创和奠基者，但他们对于量子物理学的阐释则是各持己见，争锋相对。在其中，爱因斯坦的立场能用其至理名言“造物主不摇筛子”来描述。爱因斯坦注重物理学很难有超距作用，代表着他坚持经典理论的“局域性”。

爱因斯坦觉得：传统物理中的三个基本假设——守恒定律律、可预测性和局域性，局域性应该是经典力学和物理学所共有的。在其中，守恒定律律是指一个系统中某一参量不随着时间的变化的基本定律，包含能量守恒定律、动量守恒、角动量守恒这些。可预测性讲的则是以经典物理规律性考虑能够获得确立的解，比如根据牛顿力学可以获得物件在给出阶段的位置与方向。

局域性也称为定域性，即觉得一个特殊物件很容易被它四周的力危害。换句话说，两个物体间的相互影响，需要以波或粒子做为中介公司才可以散播。依据量子论，信息的传递速率不可以超过光速，因此，在其一点所发生的事情不太可能马上影响到了另一点。因而，爱因斯坦才能在文中把两个粒子间瞬间的相互影响称之为“鬼魂一样的超距作用”。值得一提的是，量子物理学以前的经典物理都是局域性基础理论。

今年诺贝尔物理学奖意义

2022年的诺贝尔物理学奖已经正式揭晓了。得奖的是三位实验物理学家：法国的阿斯派克特、美国的克劳瑟和奥地利的塞林格。获奖的理由是“用纠缠光子验证了量子不遵循贝尔不等式，开创了量子信息学”。我很高兴啊，因为这一次我猜对了，我在今年的诺奖揭晓之前曾经做了一次音频节目，讲的就是诺奖风向标。这三位科学家在2010年就曾经获得过沃尔夫奖，这也是诺奖风向标之一，所以我猜他们有可能会获奖。量子纠缠与贝尔不等式有关量子纠缠这档子事，最早可以推回到1935年。爱因斯坦和波多尔斯基以及罗森三个人合写了一篇论文，提出了EPR佯谬。E代表爱因斯坦，P代表波多尔斯基，R代表罗森。当时物理学界分了两大派，一派是玻尔为首的哥本哈根学派，另一派就是爱因斯坦和薛定谔为首的反对派。爱因斯坦和玻尔吵架，始终也没吵赢过。他主要是对量子的叠加态这个概念很不爽。就是为了给叠加态这个概念找别扭，才专门提出了这个EPR佯谬。薛定谔也对叠加态很不爽，所以，他才设计了那个著名的“虐猫事件”。一只猫可不可能既是死的又是活的，处于死与活的叠加态？毛病就出在这个叠加态上。叠加态塌缩更离谱了，难道你一观察，猫的叠加态就瞬间塌缩，变成了决定性的，要么死，要么活？你这个观察者这眼光也太厉害了吧。所以，后来薛定谔在看到爱因斯坦的EPR论文以后，一个词脱口而出——量子纠缠。这个概念就是这么来的。有关这个理论，我们不妨做个简化版的描述。你可以设想这样一个过程：一台机器会发射不同颜色的小球。如果爱丽丝接到一个白色的球，对面的鲍勃一定会接到一个黑色的球，反正是这两个球的颜色总是相反的。玻姆提出了一个隐变量理论。如果按照隐变量的理论，这两个球在发射出来之前就已经决定了。这个观念很符合大家的一般认知。但是，如果按照叠加态的说法，这两个球在发射出来以后，一直是处在叠加态。直到爱丽丝观察到这个小球A的那一刻，小球才突然从叠加态随机塌缩成白色。同时，就像是心灵感应一般，对面的那个小球B也必须保持和A状态相反。所以B也突然从叠加态塌缩成了黑色，不管距离多远，哪怕在宇宙尽头，也得立马跟着变过来。爱因斯坦认为，这种鬼魅般的超距作用是不可能的。但是，我们仅从观察上无法区分到底发生了什么。到底存不存在鬼魅般的超距作用，到底存不存在隐变量，这就成了一个悬案。时间长了，这也就变成了扯不出答案的哲学问题了。其实物理学家惠勒很早就提出了正负电子相互泯灭，会放出一对光子，这一对光子应该是相互纠缠的。1948年，哥伦比亚大学吴建雄和萨科诺夫成功地做出了这个实验，这是人类第一次搞出相互纠缠的粒子。但是那时候搞出来的纠缠粒子都不太稳定，没有多少实用性。图：吴健雄后来嘛，大家注意力都不在这里，大家都在鼓捣对撞机呢。一直到了1964年，物理学家贝尔才给出了一个验证方法，这就是所谓的“贝尔不等式”。这就使得扯不清的哲学问题再一次变成了实验物理的问题。克劳瑟贝尔提出他的不等式以后，并没有太多的人关心。但是，有一个人对这事儿特别留意，他就是这一次的诺奖得主克劳瑟。前面铺垫太长了，到现在主角才出来。克劳瑟当时在加州理工，他就跟著名物理学家费曼提出了自己的想法，要做实验来验证贝尔不等式，结果费曼蹦起来就把他从办公室给扔出去了。这是他自己后来回忆的，不是我瞎说。后来克劳瑟去了哥伦比亚大学，因为哥伦比亚大学搞理论的有李政道，搞实验的有吴健雄。这个环境好啊，你随便挑啊。克劳瑟去了以后就跟吴健雄实验室的人打听，当年他们如何做出纠缠粒子的。这都过去20年了谁还想得起来呢？但是，克劳瑟也知道了，当年他们做出的纠缠的粒子很不稳定，没法用来做其他实验。反正，当时克劳瑟痴迷于研究如何验证贝尔不等式，自己的主要工作做得并不好。结合昨天我们讲到的帕博（2022年诺贝尔生理学或医学奖得主），似乎这些未来的诺奖得主都得从不务正业开始。克劳瑟后来成了激光大神汤斯的手下，汤斯是第一个在微波频段实现受激辐射的人，其实就是频率在微波波段的激光。汤斯这个老板还是很开明的，他允许克劳瑟花一半的时间研究贝尔定理，这就是合法的不务正业嘛。图：汤斯没有汤斯的支持，克劳瑟很难取得后面的成果。克劳瑟与其他人一起改进了贝尔不等式，变得比较容易实验。而且他们还改进了试验方法。他们找到了一种新的方法来产生纠缠的光子。就是用紫外线来照射钙原子，有一定概率会产生一对纠缠的光子，一个是551纳米的绿光，另一个是423纳米的蓝光，颜色不一样。但是这个实验依然很难搞，克劳瑟和小伙伴们累计试验了200多个小时。制备纠缠光子对非常困难，大概一百万光子里只有一对纠缠光子，比率太低了。在1972年，他们终于公布了结果，最后的结果不支持隐变量理论，实验结果违反了贝尔不等式。当然，这个实验并不是没有漏洞的，所以还是不能一锤定音。真正要取得下一个进展，还要等到10年以后。阿斯派克特提出贝尔不等式的那个贝尔本人一直在欧洲核子研究组织工作。这一天，有个学生开着车兴冲冲地从巴黎赶来找贝尔。这家伙是贝尔的粉丝，也在惦记着做贝尔实验。可贝尔不认识他，来的这个人自我介绍：我叫阿斯派克特。大家别急哦，第二位主角登场啦。这个阿斯派克特是法国人，他去喀麦隆当了3年的志愿者，上非洲搞扶贫去了。在扶贫期间，他看了好多有关量子力学的书籍，对量子纠缠和EPR特别感兴趣。做完了志愿工作，他立马拎包回了巴黎，一高兴就考上了巴黎大学的物理学博士生。你看人家的水平啊，要考上就考上了。这个阿斯派克特也跟量子纠缠死磕上了。他也知道克劳瑟他们做的贝尔实验，他要做的第一步就是重复克劳瑟的实验。他改用激光激励钙原子，激光的效率非常高，做出来的效果比当年的克劳瑟高了好几倍，实验结果是大幅度偏离了贝尔不等式。图：当时的实验室第二步就需要利用双通道的方法来提高光子的利用率，减少前人实验中的所谓“侦测漏洞”。这个实验也大获成功，最后以40倍于误差范围的偏离，违背了贝尔不等式。这个效果比上次还要好得多。第三步，他搞定了延迟决定实验，这个主意还是贝尔出的。所谓的延迟决定实验，就是要彻底断绝两个光子之间暗通消息的可能性。为什么纠缠光子在通过检验的时候，偏振方向总是相互垂直的呢？到底是因为鬼魅般的纠缠作用，还是光在用什么我们不知道的办法暗通消息？那好啊，我们等着光子飞出来，快要到检验器门口了，突然改变检验器的偏振角度。消息最快不超过光速。偏振角度切换极快，这时候两个光子相距13米，无论如何来不及互相通消息了。这样做出来的实验漏洞更少。阿斯派克特团队最后获得的结果，依然是大幅度偏离了贝尔不等式，基本可以认为爱因斯坦是彻底错了。但是，你非要鸡蛋里挑骨头，漏洞总是有的。你用来控制检验器偏振方向的那个随机数发生器，是不是真随机呢？这就轮到第三位主角登场了。安东·塞林格安东·塞林格利用遥远星系发出的信号作为控制信号。这可是真随机，而且这个随机数发生器太远了，实在是没机会参与作弊。结果依然是违反了贝尔不等式，漏洞也比以前更少了。安东·塞林格专注的领域是在量子纠缠，这是贝尔实验的基础。他对多光子纠缠及量子传输做出了开创性的贡献。这种技术不但对检验量子力学的基本原理有很大的用处，而且还对量子信息发展提供了很大的助力，无论是量子通信还是量子计算都是离不开量子纠缠的。要是没有量子纠缠技术，量子计算机相对于经典计算机就体现不出优势了。塞林格最重要的贡献是在1997年实现了量子隐形传态。潘建伟院士当时是他的研究生，对这篇论文也有非常重要的贡献。量子隐形传态到底是什么意思呢？打个比方，用颜色表示状态，A粒子最初是红色的，通过隐形传态，我们让远处的B粒子变成红色，而A粒子同时变成了绿色。其实，我们完全不需要知道A最初是什么颜色。无论A是什么颜色，这套方法都可以保证B变成A最初的颜色，同时A的颜色改变。当然，说起来简单，做起来复杂。要让远方的B跟着起变化，就必须借助和B纠缠的粒子C。这个C留在家里，和A距离很近，但是B必须传送到足够远的地方才有实用意义。和5米开外的人通信，喊一嗓子就够了，用不着量子通信。所以，先要弄出一对纠缠光子。把一个光子发送到远方，这是其中非常重要的一步。一开始塞林格他们传输的距离很短，后来他们把纠缠的光子发过了多瑙河，实现了跨越多瑙河的隐形传态。再下一步是实现了非洲加纳利群岛各个岛屿之间的量子隐形传态，距离就拉伸到了上百千米。最夸张的就是利用墨子号卫星实现高达上千公里的量子纠缠。当然啦，这是我们中国人的贡献。在诺奖揭晓仪式的讲解之中，还特别提到了这个成就。结语1997年实现的是单个光子的单个自由度的量子隐形传态，现在要实现的是单个光子的多个自由度的量子隐形传态。完整意义的量子隐形传态，应该说是2015年才由潘建伟院士团队实现的，现在我们才是这方面的领军者。不管怎么说，克劳瑟、阿斯派克特和塞林格能够获得2022年的诺贝尔奖，就是国际科学界对他们巨大成就的认可。开创者和奠基者完成的是从0到1的突破。同时，我们又一次发现，其实我们中国人也深度参与其中。从0.5到1的这部分，我们有参与。从1到100这段路还没走完，现在看，我们也是领先的。所以，我想再次重申我的观点，尽管我们还没达到前三名的水平，还不能站上领奖台。但是，我们也有优秀的科技人才在向这个水平靠近，他们就潜伏在台下，可能是第四名、第五名也说不定哦。未来一定有希望站上领奖台，对此，我们有信心，有耐心。

2022年诺贝尔物理学奖推翻了什么

没有推翻什么，这次诺贝尔物理学奖获得原因并不算是新的理论，因为贝尔不等式1964年就提出来了。提出来后，也有很多实验来证明该不等式的正确性。这次是通过光子纠缠实验来证明。

2022年诺贝尔物理学奖意味着什么

获得诺贝尔物理学奖的三位科学家——法国科学家阿兰·阿斯佩、美国科学家约翰·克劳泽、奥地利科学家安佰东·塞林格，他们通过开创性的实验展示了处于纠缠状态的粒子的潜，这三位获奖者对实验工具的开发，也为量子技术的新时代奠定了度基础。量子学的基础仅仅是一个论或哲学问题。其与全世界正密集研发的、以利用单个粒子系统的特殊属性来构建的子计算机、改进测、子知网络以及子加密通信，都能息息相关。以上应用，均需依赖于子学如何允许两个或多个粒子以共享状态存在，甚至无论它们相隔千山万水衜，均能保持这一状态。这被称为纠缠。自从该论提出以来，它一直是子学中争论最多的元素之一。两对纠缠粒子从不同的来源发射。度每对粒子中的一个粒子以一种特殊的方式相互纠缠而聚集在一起。然后，其他两个粒子（图中的1和4）也被纠缠在一起。通过这种方式，两个知从未接触过的粒子可以纠缠在一起。阿尔伯特·爱因斯坦说这是“幽灵般的超距作用”，而埃尔温·薛定谔说这是子学最重要的特征。今年的获奖者们，探索了这些纠缠的子态，他们的实验为基于量子信息的新技术扫清了障碍，为目前正在进的子技术革命奠定了基础。

2022诺贝尔物理学奖获奖原因

实现纠缠光子的实验，证明其违反了贝尔不等式，开创了量子信息科学，使得量子信息科学从理论走向技术与应用。阿兰阿斯派科特、约翰克劳瑟和安东蔡林格分别使用纠缠量子态进行了开创性的实验，处于量子纠缠态的两个粒子即使相差十万八千里，也表现得像一个单一的单元。他们的实验结果为量子通信扫清了道路。量子信息的这个特性已经在实践中得到了应用，其领域包括量子计算机、量子网络和量子加密通信等。比如，在中国，量子保密通信已经有了较大规模的应用，大幅提升了信息的保密能力，量子加密信息理论上是不可破解的。量子纠缠态自提出以来就受到很多争议，爱因斯坦就不相信这个鬼魅般的特性。因为其违反相对论。20世纪60年代，约翰·斯图尔特·贝尔（John Stewart Bell）提出了以他的名字命名的数学不等式：贝尔不等式。这个公式说明如果存在隐变量（就是如果存在非量子力学的特性），则在实验中，两个量子的相关性永远不会超过某个特定的值。然而，量子力学预测纠缠态的两个量子的相关性将违反贝尔不等式。约翰·克劳瑟进行了一次量子实验，显示其违反了贝尔不等式，从而支持了量子力学。这意味着量子力学不能被使用隐变量的理论所取代。

2022诺贝尔物理学奖证明了什么

2022诺贝尔物理学奖证明了贝尔不等式在量子世界中不成立。

一、2022年的诺贝尔物理学奖已经正式揭晓了。获奖的理由是“用纠缠光子验证了量子不遵循贝尔不等式，开创了量子信息学”。根据诺贝尔奖委员会的说明，这三名科学家获奖是因为，用光子纠缠实验，证实了贝尔不等式在量子世界中不成立，并开创了量子信息学科。

二、在理论物理学中，贝尔不等式是一个有关是否存在完备局域隐变量理论的不等式。实验表明贝尔不等式不成立，说明不存在关于局域隐变量的物理理论可以复制量子力学的每一个预测（即贝尔定理）。

三、在经典物理学中，此一不等式成立。在量子物理学中，此一不等式不成立，即不存在这样的理论，其数学形式为∣Pxz-Pzy∣≤1+Pxy。

四、贝尔不等式是1964年贝尔提出的一个强有力的数学不等式。定理在定域性和实在性的双重假设下，对于两个分隔的粒子同时被测量其结果的可能关联程度建立了一个严格的限制。

五、而量子力学预言，在某些情形下，合作的程度会超过贝尔的极限，也即，量子力学的常规观点要求在分离系统之间合作的程度超过任何“定域实在性”理论中的逻辑许可程度。贝尔不等式提供了用实验在量子不确定性和爱因斯坦的定域实在性之间做出判决的机会。