記者 | 錢伯彥
法國科學(xué)家阿蘭·阿斯佩（Alain Aspect）、美國科學(xué)家約翰·弗朗西斯·克勞澤（John F. Clauser）以及奧地利科學(xué)家安東·塞林格（Anton Zeilinger）共同獲得了本年度諾貝爾物理學(xué)獎。
這三位量子信息科學(xué)領(lǐng)域的專家因通過光子糾纏實(shí)驗(yàn)確定貝爾不等式在量子世界中不成立，并開創(chuàng)量子信息科學(xué)而獲獎。
愛因斯坦與玻爾的斗氣
一切的開始源于愛因斯坦那句著名的“上帝不擲骰子”。
在20世紀(jì)初葉云集了幾乎所有知名物理學(xué)家的索爾維會議上，以愛因斯坦為代表的傳統(tǒng)學(xué)派，與以玻爾為代表的哥本哈根學(xué)派就后者的量子力學(xué)展開了學(xué)術(shù)探討。
不同于皆可獲得確定性物理量的牛頓經(jīng)典力學(xué)與相對論體系，量子力學(xué)的基本原理之一便是微觀系統(tǒng)可以由波函數(shù)，即本質(zhì)上由概率構(gòu)成。該微觀系統(tǒng)也因波函數(shù)的存在，而處于不確定之中，直至對微觀系統(tǒng)進(jìn)行觀察后波函數(shù)瞬間坍縮并擁有宏觀世界中常見的某一確定狀態(tài)。
這一波函數(shù)的存在，也意味著微觀系統(tǒng)既可以根據(jù)波函數(shù)疊加，也在波函數(shù)坍縮之前擁有不確定的多個狀態(tài)。這一不確定的隨機(jī)性也被愛因斯坦視為上帝創(chuàng)世時不可能犯下的錯誤，即上帝不擲骰子。奧地利物理學(xué)家薛定諤（1887年—1961年）在這一基礎(chǔ)上也構(gòu)思出了知名的思想實(shí)驗(yàn)——既死又活的薛定諤的貓。
1935年，為了扳倒玻爾的量子力學(xué)，愛因斯坦更進(jìn)一步構(gòu)思了另一個思想實(shí)驗(yàn)：EPR佯謬。
該佯謬假設(shè)某對粒子處于量子糾纏態(tài)，例如某一大粒子在理想情況下衰變?yōu)?/span>AB兩個粒子，由于角動量守恒定律的存在，兩者的自旋之和可假定為零。若將粒子的自旋這一物理量視為信息的載體，在這對粒子以相反方向離去，仍處于量子疊加態(tài)的A粒子自旋將在被觀察時波函數(shù)坍縮。而由于AB粒子處于糾纏態(tài)，因此B粒子的波函數(shù)也將在瞬間坍縮。
若這對粒子之間距離為以光年計算，則它們的信息載體事實(shí)上在某一粒子波函數(shù)坍縮的瞬間達(dá)成了超距傳輸，那么就違反了光速為宇宙最大速度的定律。
從貝爾不等式到諾貝爾獎
由于哥本哈根學(xué)派無法完美地回答愛因斯坦提出的EPR佯謬，因此假設(shè)有尚未被發(fā)現(xiàn)或觀測的變量存在的“隱變量理論”就登上了歷史舞臺。在實(shí)驗(yàn)物理學(xué)技術(shù)尚未得到突破的1960年代以前，難以被證偽的“隱變量理論”一度成為量子力學(xué)的競爭對手。
1964年英國物理學(xué)家約翰·貝爾提出了在經(jīng)典力學(xué)中成立、量子力學(xué)中不成立的貝爾不等式。
美國科學(xué)家約翰·弗朗西斯·克勞澤此后首先對貝爾不等式進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。法國科學(xué)家阿蘭·阿斯佩又首次于1982年在精確意義上對EPR佯謬作出檢驗(yàn)，并證明了貝爾不等式的不成立以及量子力學(xué)的正確性。
被打破的貝爾不等式不僅為兩位物理學(xué)家克勞澤和阿斯佩帶來的今年的物理學(xué)獎，也意味著愛因斯坦那個看似荒謬的EPR佯謬真實(shí)存在，唯一的問題僅在于波函數(shù)坍縮為單純概率事件，另一端的觀察者也無法判斷某粒子的物理量究竟是已坍縮狀態(tài)，還是在自己的觀察下發(fā)生坍縮。因此基于量子糾纏的超光速超距瞬時通信并不可行，通過量子糾纏通道傳遞的信息本質(zhì)上為無效信息，并不違反宇宙有效信息傳遞速度上限為光速的定理。
雖然類似《三體》之中三體人通過量子糾纏實(shí)現(xiàn)超距通信以控制質(zhì)子完成對地球侵略的橋段并不會發(fā)生，但是這并不代表著量子通信只是鏡月水花。
作為量子信息科學(xué)研究的突破者，奧地利科學(xué)家安東·塞林格于1997年在因斯布魯克和維也納完成了量子隱形傳態(tài)的試驗(yàn)。與超光速信息傳輸不同，量子隱形傳態(tài)雖然使用某一量子態(tài)作為信息載體，但仍需要在AB糾纏粒子對之外的C粒子作為媒介以及經(jīng)典信道（即目前廣泛使用的電磁波通信）的輔助。
塞林格在量子通信領(lǐng)域的突破背后，也有著其1997年所帶的博士生中國學(xué)者潘建偉的貢獻(xiàn)。
歸國之后的潘建偉于2009年成功實(shí)現(xiàn)了世界上最遠(yuǎn)距離的量子態(tài)隱形傳輸，后于2012年在合肥建成了世界上首個規(guī)?；孔油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)。2016年他任首席科學(xué)家的墨子號量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星成功發(fā)射，開展世界上首次衛(wèi)星和地面之間的量子通信。
2019年，潘建偉領(lǐng)導(dǎo)的中科大團(tuán)隊再度與其導(dǎo)師塞林格的維也納大學(xué)團(tuán)隊合作，在國際上首次成功實(shí)現(xiàn)高維度量子體系的隱形傳態(tài)。該次合作也成為了本屆諾貝爾物理學(xué)獎頒獎儀式上的壓軸技術(shù)實(shí)用案例。