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中国“量子之父”的导师,拿了诺贝尔奖

环球人物杂志

2022-10-05 09:46北京

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获奖者蔡林格说:

“这个奖项对量子力学领域来说,

是令人兴奋的。”

作者:陈佳莉

今年诺贝尔物理学奖“花落”量子力学。

当地时间10月4日,瑞典皇家科学院宣布,将2022年诺贝尔物理学奖授予法国科学家阿兰·阿斯佩、美国科学家约翰·克劳泽和奥地利科学家安东·蔡林格,以表彰他们在“纠缠光子实验、验证违反贝尔不等式和开创量子信息科学”方面所做出的贡献。

·左起依次为阿斯佩、克劳泽和蔡林格。

“接到获奖电话我很惊讶,这是一个积极的信号。”获奖者蔡林格在得知获奖消息1小时后,还是很激动。

“这个奖项对量子力学领域来说是令人兴奋的。目前,许多关于现实和时空的问题仍未得到解答,我预计未来几年会有一些有趣的发现。”他说。

量子力学是近年来颇为出圈的一个“热词”。今年的获奖者探索了纠缠的量子态,他们的实验为目前正在进行的量子技术革命奠定了基础。

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驳倒爱因斯坦

阿斯佩1947年6月出生在法国西南部阿基坦地区的阿根镇。1969年,刚大学毕业的他前往非洲喀麦隆,在那里教了3年书。回国后,他于1983年在法国奥赛大学拿到博士学位。

攻读博士学位期间,阿斯佩完成了人生中最重要的一项研究。

这里不得不提量子纠缠发展史上的一个插曲。

上世纪30年代,在量子力学诞生后,爱因斯坦等物理学家提出了质疑。

爱因斯坦为了用量子纠缠来证明量子力学的不完备性,提出一个隐变量理论,该理论试图建立定域性隐变量理论来替代量子力学理论。

然而,1964年,物理学家约翰·贝尔发表论文,对于爱因斯坦等人的理论提出质疑,认为量子力学的预测明显地不同于定域性隐变量理论。

简而言之,假若测量两个粒子分别沿着不同轴向的自旋,则量子力学得到的统计关联性结果比定域性隐变量理论要强很多。这个被称为“贝尔不等式”的提法,定性地给出两种理论的差别,并表示做实验就可以观察出差别。因此,此后的物理学界做了很多检试贝尔不等式的实验。

1982年,阿斯佩的博士论文便是以这种检试实验为主题。

他得到的实验结果符合量子力学的预测,更进一步证实了爱因斯坦的定域性隐变量理论不成立。

阿斯佩的这项开创性工作,不仅驳倒了爱因斯坦,也启动了第二次量子科技革命。

·阿斯佩。

目前,阿斯佩是巴黎著名的国家科学研究中心的研究主任。他曾获得2010年沃尔夫物理奖、2012年的爱因斯坦奖章等荣誉奖励。

2015年,阿斯佩还被选为英国皇家学会外籍会员。

“背叛”父亲的学科

克劳泽是三位获奖者中年纪最大的一位,今年已经80岁。

他1942年出生于美国加利福尼亚州帕萨迪纳市,1964年,获得了加州理工学院物理学学士学位,两年后获得物理学硕士学位,并最终在1969年获得了哥伦比亚大学物理学博士学位。

克劳泽的父亲曾任约翰霍普金斯大学航空系主任。小时候的克劳泽几乎是在实验室长大的,经常被父亲带着观察那些奇特的实验装置,让他很早就对航空工程产生了浓厚兴趣。

他的父亲也是一位很好的老师,有任何小克劳泽不懂的问题,他都能很细致地讲解清楚。克劳泽很小的时候就喜欢摆弄电子器件,制作电子游戏,还得过一些科学奖项。

不过,克劳泽最终没有走上父亲的研究方向,而是从事了量子物理学的研究。后来他说,自己的专业选择并不是一种“背叛”,“一旦掌握了最基本的原则,那以后做什么都是可以的”。

有趣的是,在上学时,克劳泽的量子力学课得了两次C。他后来解释,或许是小时候过早接受实验“熏陶”,让他更精通模型或者能视觉化的东西,而对于抽象的纯数学不是很擅长。

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·克劳泽。

1972年,克劳泽先于阿斯佩加入量子力学的研究。当时,他与另一名物理学家史达特·弗利曼合作,对贝尔定理预测进行了第一次实验测试。这是世界上第一次观察到量子纠缠,也是第一次对贝尔不等式的实验观察。

不过,即使做了这个突破性实验,也没多少人关注,克劳泽毕业后的就业前景一度很糟糕。

上世纪60年代,美国的物理学家供求失衡,他做的贝尔定理研究很小众,进一步导致他难以找到工作。他后来说,在那些年中,对量子力学基础表现出兴趣的物理学家,似乎都不受待见。

甚至有人质疑,他做的这个检验贝尔定理的工作算不算真正的物理。

如今,在实验完成40年后,克劳泽拿到了诺贝尔物理学奖。

当选中科院院士

蔡林格是三人中很有“国际范”的一位。

他于1945年出生于奥地利,1971年在维也纳大学获得博士学位。目前,他担任奥地利科学院院长、维也纳大学物理学名誉教授。

蔡林格被称为量子信息新领域的先驱,并以实现光子量子隐形传态而闻名。

英国物理研究所在授予蔡林格首届艾萨克·牛顿奖章时表示,他 “对量子物理学基础概念和实验方面做出了开创性的贡献,这些也已成为快速发展的量子信息领域的基石”。

·蔡林格

蔡林格曾说,大约从20世纪70年代开始,人们开始在实验上深入探索量子世界,思考这个世界是否真的如此奇妙。

“当时并不是为了应用而进行实验,这个领域的研究犹如‘新生婴儿’,又能做出什么惊天动地的事呢?所以,我们之中的一些人在20世纪70年代和80年代早期所做的工作并没有引起注意,而后来我们却从中收获了惊喜。这是我生命中最大的惊喜之一,我确信这样的事情还会再发生。” 他说。

值得一提的是,蔡林格积极推动中奥国际学术交流与合作。

据中国科学院官网介绍,自1983年起,蔡林格与中国科学院以及中国工程院等机构长期保持着沟通和交流,并与多家单位建立密切合作关系。

其中,利用“墨子号”量子科学实验卫星,他的团队合作参与了中科院主导的洲际量子通信实验,在国际上首次实现北京-维也纳两地的量子保密通信,成果入选2018年度国际物理学十大进展。

·中国科学院官网对院士蔡林格的介绍。

蔡林格教授尽其所能为中国学者参与国际交流与合作创造条件。

2015年他组织奥地利科学院举办了发展中国家科学院第26届院士大会,中国派代表参会,促进了中国科研人员的国际交流与合作。

此外,他还受聘为中国科大、南京大学、西安交通大学的名誉教授,为中国合作培养了众多优秀中青年学术人才,帮助他们在相关领域做出了重要贡献。

2019年,蔡林格当选中国科学院外籍院士。

值得一提的是,蔡林格是中国科学院院士潘建伟的导师。潘建伟被称为中国“量子之父”,他带领团队所做的一系列工作,发展了蔡林格开创的多体量子纠缠研究方向。

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·潘建伟(左)和蔡林格。
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