作者：錢童心

量子力學證明了“世界是隨機的，上帝也會擲骰子”。但要證明量子力學是正確的，科學家花了近百年的時間。

1964年，英國物理學家約翰·貝爾（John Bell）提出著名的貝爾不等式，其精髓是“世界是非定域性的，不可以用局域變量來確定”。不過當時沒有人能夠解釋量子糾纏如何起作用。

在隨後的近60年裏，大量的科學家通過他們的工作和實驗證明了貝爾不等式，其中的三位終於在2022年10月4日獲得了諾貝爾物理學獎。他們通過演示和使用糾纏機制爲量子信息鋪平了道路，這使得從遠處操縱粒子甚至傳送它們的特性成爲可能，也爲量子計算機的發展奠定基礎。

這一業內看來遲到的表彰對於量子科學領域而言無疑是巨大的好消息，將推動量子信息和量子計算領域快速向前發展。業內對此反響熱烈。

獎勵爲何遲到？

此次獲諾貝爾物理學獎的三位科學家之一、法國物理學家阿蘭·阿斯佩（Alain Aspect）告訴記者他的電話鈴聲不斷響起，祝賀從四面八方傳來。“我想今後一段時間我應該學會去適應一下。”阿斯佩表示。

阿斯佩的好朋友、日內瓦大學量子密碼學專家、ID Quantique聯合創始人尼古拉斯·吉森（Nicolas Gisin）教授也第一時間向阿斯佩發去賀電。“很顯然，他還沒有時間回覆。”吉森告訴第一財經記者，“我認爲他可能還無法相信自己獲獎的事實，這個獎項來得太晚，他可能已不再期待了。”

吉森認爲，早在上世紀80年代，量子力學就應該獲得諾貝爾獎。“阿斯佩、克勞澤兩位科學家的工作都很早期，他們應該在1980年代就與貝爾一起獲得諾獎，他們早就應該得到認可；塞林格的到來讓量子力學在應用方面開始起飛。”他告訴第一財經記者。

1990年貝爾去世時，去世時年僅62歲，他沒有等到諾獎是物理學界的一大遺憾。“貝爾當時試圖證明量子力學是不完整的，就像愛因斯坦一樣抱着質疑的態度，但他發現了相反的情況！克勞澤也做了這個實驗，他一開始假設會發現量子力學是錯誤的，但他也發現了與他預期相反的結果！”吉森對第一財經記者表示。

量子糾纏是量子物理學中最奇怪的現象。在愛因斯坦看來，宇宙是局部的，兩個粒子只有在靠近時才能產生相互影響。如果這種相互作用在很遠的距離上也能實現，那就意味着有東西會比光速移動得更快。愛因斯坦認爲這是不能讓人接受的。

貝爾提出的不等式反駁了愛因斯坦的理論，如果有一個實驗違反了這個不等式，它將證明量子物理學的非定域性，從而證明量子糾纏。克勞澤和阿斯佩的工作發現兩個相距12米的糾纏光子違反了貝爾不等式，證明了宇宙的非定域性。

吉森認爲，諾貝爾獎之所以那麼晚才獎勵給證明量子力學的科學家，是因爲世界上懂得貝爾不等式的人少之又少。“直到今天，仍然只有非常非常少的人理解了貝爾不等式，非定域隨機性的想法也是後來纔出現的，隨機事件可能發生在多個不同的地方仍然非常違反直覺。”吉森說道。

儘管如此，吉森仍然表示，他的同事和好友獲得了諾貝爾獎令人歡欣鼓舞。“因爲它獎勵了一門我非常珍視的學科，證明了該學科得到了認可，尤其是在很少人對這門學科感興趣並試圖理解它的時候。”吉森對第一財經記者說道，“今天，這門科學已經催生了許多正在崛起的技術，我們只是爲這個諾貝爾獎來得晚而感到小小的遺憾。”

2012年諾貝爾物理學獎得主、法國量子物理學家塞爾日·阿羅什（Serge Haroche）表示：“克勞澤和阿斯佩的實驗回答了關於量子物理學非定域性的基本問題，但當時沒有人能想象這種特性有哪些實際的應用，直到很久以後，塞林格的實驗讓量子糾纏的應用變得更加具體，這正是諾貝爾委員會爲表彰這一領域所期待看到的進展。”

獲獎有何啓示？

美國量子物理學家克勞澤在獲獎後的採訪中透露了早期進行科研的挑戰。他說道：“當時我幾乎沒有任何經費，因爲要獲得政府經費是非常困難的，他們（政府）會給你設定目標，要求你達成什麼樣的結果，才能給你提供經費支持。但這是非常荒唐的，在做實驗之前，科學家是無法預測實驗結果的，這就是我當時遇到的最大的困難。”

1997年，奧地利物理學家成功地傳送了“量子粒子態”。他使用兩個相距遙遠但發生了量子糾纏的粒子，證明了一旦兩個粒子進行了這種糾纏，其中一個粒子狀態的任何變化都會立即反映在第二個粒子上，即使兩個粒子相距達1200公里。

塞林格在獲獎後諾貝爾委員會的記者發佈會上接受了採訪。塞林格表示，憑藉量子力學這一“非主流”領域獲獎是一個“巨大的認可”，並強調任何科學家都應該有從事“非主流”科研領域的自由，如果不是這樣，他的研究工作就不可能實現今天的成就。

塞林格被視爲光子間量子信息傳輸（“量子隱形傳態”）的先驅，正是得益於他的工作，量子密碼學纔有今天的應用，其他的應用還包括製造量子芯片等。

塞林格表示，在他職業生涯早期，經常有人問他爲何要從事幾乎無人從事的工作。對此，他這樣回應：“我可以自豪地說，別人的看法對我沒有任何影響，我只是出於好奇才做這些工作。”

塞林格總是鼓勵他的學生探究物理學的基本問題。“年輕人應該充分獲得科學研究的自由，我相信未來20年，無論是在量子物理基礎領域，還是在應用方面，科研都會是絕對開放的。”他表示。

中國科學院院士、中國科學技術大學潘建偉教授在奧地利博士學習期間師從塞林格，他也認爲，量子力學早就該獲得諾貝爾獎的表彰，並稱兩個原因推動了諾貝爾委員會在現在這個時間獎勵量子力學：一是“墨子號”量子科學衛星的發射，另一個是量子計算優越性的突破。

潘建偉在師從塞林格期間，爲導師的獲獎做了很多“從0到1”的基礎研究工作，而諾貝爾獎也是獎勵給“從0到1”突破的原創科學。

一位潘建偉的學生告訴第一財經記者：“量子力學獲得諾貝爾獎是衆望所歸，國內相關領域已經相當繁榮，未來最重要的是看中國能否做出更多原創性的工作，尤其是在量子計算領域，還是有很大的發展空間。”