量子力學(Quantum Mechanics)，為物理學理論，是研究物質(zhì)世界微觀粒子運動規(guī)律的物理學分支，主要研究原子、分子、凝聚態(tài)物質(zhì)，以及原子核和基本粒子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的基礎(chǔ)理論。它與相對論一起構(gòu)成現(xiàn)代物理學的理論基礎(chǔ)。量子力學不僅是現(xiàn)代物理學的基礎(chǔ)理論之一，而且在化學等學科和許多近代技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。

19世紀末，人們發(fā)現(xiàn)舊有的經(jīng)典理論無法解釋微觀系統(tǒng)，于是經(jīng)由物理學家的努力，在20世紀初創(chuàng)立量子力學，解釋了這些現(xiàn)象。量子力學從根本上改變?nèi)祟悓ξ镔|(zhì)結(jié)構(gòu)及其相互作用的理解。除了廣義相對論描寫的引力以外，迄今所有基本相互作用均可以在量子力學的框架內(nèi)描述(量子場論)。

量子力學是描述微觀物質(zhì)的理論，與相對論一起被認為是現(xiàn)代物理學的兩大基本支柱，許多物理學理論和科學如原子物理學、固體物理學、核物理學和粒子物理學以及其它相關(guān)的學科都是以量子力學為基礎(chǔ)所進行的。

量子力學是描寫原子和亞原子尺度的物理學理論 [1] 。該理論形成于20世紀初期，徹底改變了人們對物質(zhì)組成成分的認識。微觀世界里，粒子不是臺球，而是嗡嗡跳躍的概率云，它們不只存在一個位置，也不會從點A通過一條單一路徑到達點B [1] 。根據(jù)量子理論，粒子的行為常常像波，用于描述粒子行為的“波函數(shù)”預(yù)測一個粒子可能的特性，諸如它的位置和速度，而非確定的特性 [1] 。物理學中有些怪異的概念，諸如糾纏和不確定性原理，就源于量子力學 。

19世紀末，經(jīng)典力學和經(jīng)典電動力學在描述微觀系統(tǒng)時的不足越來越明顯。量子力學是在20世紀初由馬克斯·普朗克、尼爾斯·玻爾、沃納·海森堡、埃爾溫·薛定諤、沃爾夫?qū)づ堇?、路易·德布羅意、馬克斯·玻恩、恩里科·費米、保羅·狄拉克、阿爾伯特·愛因斯坦、康普頓等一大批物理學家共同創(chuàng)立的。量子力學的發(fā)展革命性地改變了人們對物質(zhì)的結(jié)構(gòu)以及其相互作用的認識。量子力學得以解釋許多現(xiàn)象和預(yù)言新的、無法直接想象出來的現(xiàn)象，這些現(xiàn)象后來也被非常精確的實驗證明。除通過廣義相對論描寫的引力外，至今所有其它物理基本相互作用均可以在量子力學的框架內(nèi)描寫(量子場論)。

瑞典當?shù)貢r間2022年10月4日11時45分(北京時間10月4日17時45分)，諾貝爾獎委員會宣布將2022年物理學獎頒給法國物理學家Alain Aspect、美國物理學家John F。 Clauser、奧地利物理學家Anton Zeilinger以表彰“用糾纏光子驗證了量子不遵循貝爾不等式，開創(chuàng)了量子信息學”。

諾獎委員會在其官方介紹中稱，量子力學現(xiàn)在已擁有很廣闊的研究領(lǐng)域，包括量子計算機、量子網(wǎng)絡(luò)和安全的量子加密通信。

諾貝爾物理學委員會主席Anders Irb?ck說：“越來越明顯的是，一種新的量子技術(shù)正在出現(xiàn)。我們可以看到，獲獎?wù)邔m纏態(tài)的研究非常重要，甚至超越了解釋量子力學的基本問題”。

北京計算科學研究中心教授薛鵬提前猜中了今年的獲獎?wù)?，她向“返樸”表示，這三位獲獎?wù)邔嵵撩麣w。下文是薛教授對今年獲獎工作的科普介紹。

諾獎委員會在其官方介紹中稱，量子力學現(xiàn)在已擁有很廣闊的研究領(lǐng)域，包括量子計算機、量子網(wǎng)絡(luò)和安全的量子加密通信。

諾貝爾物理學委員會主席Anders Irb?ck說：“越來越明顯的是，一種新的量子技術(shù)正在出現(xiàn)。我們可以看到，獲獎?wù)邔m纏態(tài)的研究非常重要，甚至超越了解釋量子力學的基本問題”。

北京計算科學研究中心教授薛鵬提前猜中了今年的獲獎?wù)?，她向“返樸”表示，這三位獲獎?wù)邔嵵撩麣w。下文是薛教授對今年獲獎工作的科普介紹。

在2010年，法國的阿蘭·艾斯佩特(Alain Aspect)、美國的約翰·柯羅瑟(John Clauser)、和奧地利的安東·吉林哲(Anton Zeilinger)三位物理學家“因其在量子物理學基礎(chǔ)上的基本概念和實驗貢獻，特別是一系列日益復(fù)雜的貝爾不等式測試，而獲得沃爾夫獎(Wolf Prize)”。

美國物理聯(lián)合會旗下科普網(wǎng)站Inside Science于2019，2020，2021連續(xù)三年預(yù)測該三位物理學家獎獲得諾貝爾物理學獎。

愛因斯坦認為量子糾纏這種超距相互作用是不可思議的，違背了狹義相對論。與其在普林斯頓的助手Boris Podolsky 和Nathan Rosen提出一個思想實驗，就是著名的EPR佯謬。描述了A、B為自旋1/2的粒子，初始總自旋為零。假設(shè)粒子有兩種可能的自旋，分別是 |上> 和 |下>，那么，如果粒子A 的自旋為 |上>，粒子 B 的自旋便一定是 |下>，才能保持總體守恒，反之亦然。這時我們說，這兩個粒子構(gòu)成了量子糾纏態(tài)。

今天獲得諾貝爾物理學獎的三位科學家——法國科學家阿蘭阿斯佩、美國科學家約翰克勞澤、奧地利科學家安東塞林格，他們通過開創(chuàng)性的實驗展示了處于糾纏狀態(tài)的粒子的潛，這三位獲獎?wù)邔嶒灩ぞ叩拈_發(fā)，也為量子技術(shù)的新時代奠定了基礎(chǔ)。

你明白“糾纏”嗎

在所謂的“糾纏對”中，一個粒子發(fā)生的事情，會決定另一個粒子發(fā)生的事情(不管相距多遠)。這意味著什么?

量子學的基礎(chǔ)僅僅是一個論或哲學問題。其與全世界正密集研發(fā)的、以利用單個粒子系統(tǒng)的特殊屬性來構(gòu)建的子計算機、改進測、子網(wǎng)絡(luò)以及子加密通信，都能息息相關(guān)。

以上應(yīng)用，均需依賴于子學如何允許兩個或多個粒子以共享狀態(tài)存在，甚至無論它們相隔千山萬水，均能保持這一狀態(tài)。

這被稱為糾纏。

自從該論提出以來，它一直是子學中爭論最多的元素之一。

阿爾伯特·愛因斯坦說這是“幽靈般的超距作用”，而埃爾溫·薛定諤說這是子學最重要的特征。

今年的獲獎?wù)邆儯剿髁诉@些糾纏的子態(tài)，他們的實驗為基于量子信息的新技術(shù)掃清了障礙，為目前正在進的子技術(shù)革命奠定了基礎(chǔ)。

兩對糾纏粒子從不同的來源發(fā)射。每對粒子中的一個粒子以一種特殊的方式相互糾纏而聚集在一起。然后，其他兩個粒子(圖中的1和4)也被糾纏在一起。通過這種方式，兩個從未接觸過的粒子可以糾纏在一起。

不斷解決漏洞

長期以來存在的一個問題是，相關(guān)性究竟是不是因為糾纏對中的粒子包含隱藏變量。1960年代，約翰斯圖爾特貝爾提出了以他的名字命名的數(shù)學不等式。這說明如果存在隱藏變量，則大量測量結(jié)果之間的相關(guān)性，永遠不會超過某個值。然而，量子力學預(yù)測某種類型的實驗將違反貝爾不等式，從而導(dǎo)致比其他方式可能產(chǎn)生的更強的相關(guān)性。

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