2022年诺贝尔物理学奖公布，获奖者是阿兰·阿斯佩克特（Alain Aspect）、约翰·克劳瑟（John F. Clauser）、安东·塞林格（Anton Zeilinger），表彰他们通过光子纠缠实验，确定贝尔不等式在量子世界中不成立，并开创了量子信息这一学科。
Alain Aspect是法国物理学家，出生于1947年，毕业于Cachan高等师范学校，1969年获得奥赛大学物理学硕士学位。巴黎萨克莱大学、帕莱索综合理工学院教授。以中性原子的雷射冷却、玻色–爱因斯坦凝聚、CHSH不等式与贝尔不等式的相关研究著称于世。
John F. Clauser，美国理论和实验物理学家。1942年出生于美国加利福尼亚州帕萨迪纳。1969年获得美国纽约哥伦比亚大学博士学位。以对量子力学的研究而出名，尤其是对CHSH不等式的研究贡献。
Anton Zeilinger，奥地利量子物理学家，1945年出生于奥地利，1971年获奥地利维也纳大学博士学位。现为维也纳大学物理学教授，奥地利科学院院长、美国科学院外籍院士和中国科学院外籍院士。长期从事量子物理和量子信息研究，是国际上量子物理基础检验和量子信息领域的先驱和重要开拓者。以发现光子的量子纠缠而知名。
获奖成果
Entangled states – from theory to technology
Alain Aspect, John Clauser and Anton Zeilinger have each conducted groundbreaking experiments using entangled quantum states, where two particles behave like a single unit even when they are separated. Their results have cleared the way for new technology based upon quantum information.
The ineffable effects of quantum mechanics are starting to find applications. There is now a large field of research that includes quantum computers, quantum networks and secure quantum encrypted communication.
One key factor in this development is how quantum mechanics allows two or more particles to exist in what is called an entangled state. What happens to one of the particles in an entangled pair determines what happens to the other particle, even if they are far apart.
For a long time, the question was whether the correlation was because the particles in an entangled pair contained hidden variables, instructions that tell them which result they should give in an experiment. In the 1960s, John Stewart Bell developed the mathematical inequality that is named after him. This states that if there are hidden variables, the correlation between the results of a large number of measurements will never exceed a certain value. However, quantum mechanics predicts that a certain type of experiment will violate Bell’s inequality, thus resulting in a stronger correlation than would otherwise be possible.
John Clauser developed John Bell’s ideas, leading to a practical experiment. When he took the measurements, they supported quantum mechanics by clearly violating a Bell inequality. This means that quantum mechanics cannot be replaced by a theory that uses hidden variables.
Some loopholes remained after John Clauser’s experiment. Alain Aspect developed the setup, using it in a way that closed an important loophole. He was able to switch the measurement settings after an entangled pair had left its source, so the setting that existed when they were emitted could not affect the result.
Using refined tools and long series of experiments, Anton Zeilinger started to use entangled quantum states. Among other things, his research group has demonstrated a phenomenon called quantum teleportation, which makes it possible to move a quantum state from one particle to one at a distance.
“It has become increasingly clear that a new kind of quantum technology is emerging. We can see that the laureates’ work with entangled states is of great importance, even beyond the fundamental questions about the interpretation of quantum mechanics,” says Anders Irbäck, Chair of the Nobel Committee for Physics.
贝尔不等式
现如今，与量子力学的应用有关的研究领域已经变得非常庞大，这包括量子计算机、量子网络，以及安全的量子加密通信。这一进展的一个关键便是，量子力学允许两个或多个粒子处于纠缠态中。
在很长一段时间里，物理学家都在思考，这种相关性是否与纠缠对中的粒子包含隐变量有关。所谓隐变量，指的是能告诉它们在实验中应该给出什么结果的指令。
20世纪60年代，约翰·贝尔（John Stewart Bell）提出了以他的名字命名的数学不等式。这个不等式表明，如果存在隐变量，那么大量测量结果之间的相关性，将永远不会超过某个值。然而，量子力学预测，某种类型的实验将违反贝尔不等式，从而产生比其他情况更强的相关性。
量子力学的纠缠对可以比作一台机器，它向着相反方向抛出反色的球。当鲍勃抓到一颗球，并看到它是黑色的时，他就立刻知道爱丽丝抓到了一颗白色的球。在一种使用隐变量的理论中，这些球总会包含着关于颜色的隐藏信息。但是，量子力学认为，这些球都是灰色的，直到有人看到它们时，其中一颗会随机变成白色，另外一颗则变成黑色。贝尔不等式表明，有一些实验能够区分这些情况。这类实验已经证明了，量子力学的描述才是正确的。
开创性的实验
John F. Clauser延续了贝尔的想法，并进行了一项实际的实验。当他进行测量时，结果显然违反了贝尔不等式，从而支持了量子力学。这意味一个使用隐变量的理论无法取代量子力学。
John Clauser使用钙原子，在他借助一种特殊的光照亮粒子后，钙原子可以发射纠缠光子。他在两边分别安置了一个过滤器，来测量光子的偏振。经过一系列测量，他能够证明它们违反了贝尔不等式。
在John F. Clauser完成他的实验之后，仍然有一些漏洞存在。Alain Aspect对装置进行了改进，从而弥补了其中的一个重要漏洞。利用他的装置，他能够在一个纠缠对离开它的源后切换测量设置，所以当它们被发射时存在的设置不会对结果产生影响。
Alain Aspect 开发了这项实验，他用一种新的方法激发原子，让它们以更高的速率发射纠缠光子。他还能够在不同设置之间切换，因此这个系统不会包含任何可能影响结果的预先信息。
通过精密的工具和一系列的实验，Anton Zeilinger开始使用纠缠量子态。此外，他的研究小组还展示了一种被称为量子隐形传态的现象，使得在一定距离上将量子态从一个粒子移动到另一个粒子成为可能。
Anton Zeilinger后来对贝尔不等式进行了更多测试。他将激光对准一种特殊的晶体，创造了光子纠缠对，并使用随机数在测量设置之间切换。一项实验利用了来自遥远星系的信号来控制过滤器，并确保信号不会相互影响。
这些研究和实验为当前量子信息科学的密集研究奠定了基础。能够操纵和管理量子态及其属性，使我们能够发展出具有意想不到的潜力的工具。这是量子计算、量子信息的传输和存储，以及量子加密算法的基础。这些日益完善的工具使我们更加接近那些现实的应用。
第一次量子革命给我们带来了晶体管和激光，现在，在这些用来操纵纠缠粒子系统的现代工具的帮助下，我们正在进入一个新的量子信息时代。
近5年诺贝尔物理学奖得主名单
2021年——美国普林斯顿大学的真锅淑郎（Syukuro Manabe）和德国马克斯·普朗克气象研究所的克劳斯·哈塞尔曼（Klaus Hasselmann）因“物理模拟地球气候，量化变化和可靠地预测全球变暖”而共同分享一半奖金。另一半奖金由意大利罗马大学乔治·帕里西（Giorgio Parisi）获得，理由是“发现从原子到行星尺度的物理系统的无序和波动的相互作用”。
2020年——英国物理学家罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）因为发现黑洞形成是对广义相对论的可靠预测，独享一半奖金；美国国家科学院院士莱恩哈德·根策尔（Reinhard Genzel）和美国天文学家安德烈娅·盖兹(Andrea Ghez) 因为发现银河系中央存在超大质量的致密物体，共享2020年诺贝尔物理学奖的另一半奖金。
2019年——美国普林斯顿大学名誉教授詹姆斯·皮波斯（James Peebles）因“在物理宇宙学上的理论发现”独享一半奖金，瑞士日内瓦大学教授米歇尔·马约尔（Michel Mayor）和迪迪埃·奎罗兹（Didier Queloz）因“发现一颗环绕类太阳恒星的系外行星”共享另一半奖金。
2018年——美国科学家亚瑟·阿斯金（Arthur Ashkin）、法国科学家杰哈·莫罗（Gerard Mourou）和加拿大科学家唐娜·斯特里克兰（Donna Strickland）获奖，理由是“在激光物理领域的突破性发明”。
2017年——三名美国科学家雷纳·韦斯、基普·索恩和巴里·巴里什获奖，理由是“在LIGO探测器和引力波观测方面的决定性贡献”。
（来源：诺贝尔奖官网、原理、知社学术圈、青塔、中国新闻网等）
编辑：亦州