物理學基石量子力學領域再得諾獎：量子糾纏和貝爾不等式！

今年的物理諾獎頒發給了阿蘭·阿斯佩、約翰·弗朗西斯·克勞澤和安東·塞林格，以表彰他們“用糾纏光子進行的實驗建立了貝爾不等式的違反並開創了量子資訊科學”。這也是時隔多年再次有量子領域相關的研究獲獎。

諾貝爾物理學獎委員會主席安德斯·伊爾貝克在致辭中說到“越來越明顯的是一種新的量子技術正在出現，我們可以看到，獲獎者對糾纏態的研究非常重要甚至超越瞭解釋量子力學的基本問題。”

為何他對量子糾纏相關研究的評價如此之高呢？

我認為主要有兩方面的原因，第一是量子糾纏的存在徹底摧毀了愛因斯坦的定域實在論為量子力學的發展鋪平了道路，也使我們距離世界的底層邏輯又近了一步；第二是相較於那些對量子力學強行進行解釋的理論，量子糾纏是一個完全可以被應用的領域並且已經開始應用了。

我國的量子科學實驗衛星“墨子號”早在2016年就發射升空，由潘建偉教授領銜的科研團隊實現了千公里級星地雙向量子糾纏分發，大大推動了大尺度量子通訊實驗研究也讓中國的量子資訊科技始終走在世界的第一梯隊。

值得一提的是諾獎委員會提到了安東·塞林格的四篇量子通訊實驗文章，而潘建偉正是其中兩篇文章的第一作者、兩篇文章的第二作者，此外，諾獎委員會還提了另外三篇文章，而這三篇文章都是中國科學家獨立開展的研究工作，所以潘建偉不僅是加入了塞林格的研究團隊也是量子資訊物理學這個領域的開創者之一。

接下來簡單解釋幾個熱度比較高的問題：

一、愛因斯坦的相對論被推翻了嗎？

顯然是沒有的，量子糾纏雖然遠遠超過光速但是因為它不能傳遞資訊因此並不違背狹義相對論，貝爾不等式的違反只是否定了愛因斯坦的定域實在論。

二、量子糾纏為什麼不能傳遞資訊？

這是因為資訊的最小單位是位元，需要兩個系統狀態，傳遞資訊必須傳輸明確定義的至少兩個狀態中的一個，而量子糾纏的兩個粒子是一個量子波函式，對一個量子波函式只能做一次測量，它就坍縮了，所以你從糾纏態中只能得到一個狀態，而一個狀態沒有資訊自然也就傳遞不了資訊。

三、為什麼這次諾獎不發給貝爾？

這是因為諾獎只頒發給在世的科學家，而貝爾不等式的提出者約翰·斯圖爾特·貝爾在1990年因為一場突發的腦溢血去世，享年62歲，如果不是因為這樣的意外而去世他大機率是會獲獎的，而且這個獎應該不會等到2022年才發。

四、能不能做一個胎教版的貝爾不等式科普？

許多人表示，貝爾不等式實在是難以理解。所以我就找找了一個更簡單的例子來解釋，這個例子很多人講過，但最早的出處已經找不到了。

比如說今天去泡酒吧發現這裡的人有三種特點“男或女”“胖或瘦”“紅衣或綠衣”，所有人都是這三種特點的隨機組合比如：紅胖男、綠瘦女，接下來想象這樣一個不等式：瘦男的數量加上紅胖人的數量總是大於等於紅男的數量，把三種屬性化成A，B，C。比如男是A，那麼女就是非A，這就是一個最簡單的紅男綠。

顯然，這個不等式在經典體系下是嚴格成立的，只有應用了量子邏輯之後它才有可能被違反。

也就是說，當人不

在確定

的男或女而是處於一種即是男又是女的疊加態，或是即使胖子又是瘦子的疊加態，而且這些疊加態還相互糾纏時貝爾不等式就會被違背，而這次諾獎頒發給的三位大佬正式透過實驗證實了的確存在這樣的糾纏的量子系統。

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