量子力學(Quantum Mechanics)，為物理學理論，是研究物質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，以及原子核和基本粒子的結構、性質的基礎理論。它與相對論一起構成現(xiàn)代物理學的理論基礎。量子力學不僅是現(xiàn)代物理學的基礎理論之一，而且在化學等學科和許多近代技術中得到廣泛應用。

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人類對物質結構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描述(量子場論)。

量子力學是描述微觀物質的理論，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的學科都是以量子力學為基礎所進行的。

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、沃爾夫岡·泡利、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的結構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域，包括量子計算機、量子網(wǎng)絡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，一種新的量子技術正在出現(xiàn)。我們可以看到，獲獎者對糾纏態(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者，她向“返樸”表示，這三位獲獎者實至名歸。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域，包括量子計算機、量子網(wǎng)絡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，一種新的量子技術正在出現(xiàn)。我們可以看到，獲獎者對糾纏態(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者，她向“返樸”表示，這三位獲獎者實至名歸。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上的基本概念和實驗貢獻，特別是一系列日益復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，這三位獲獎者對實驗工具的開發(fā)，也為量子技術的新時代奠定了基礎。

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)的特殊屬性來構建的子計算機、改進測、子網(wǎng)絡以及子加密通信，都能息息相關。

以上應用，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。

今年的獲獎者們，探索了這些糾纏的子態(tài)，他們的實驗為基于量子信息的新技術掃清了障礙，為目前正在進的子技術革命奠定了基礎。

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，則大量測量結果之間的相關性，永遠不會超過某個值。然而，量子力學預測某種類型的實驗將違反貝爾不等式，從而導致比其他方式可能產生的更強的相關性。

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