从爱因斯坦到墨子号,诺奖得主们热烈讨论量子信息。

2024-03-08 生活常识 关注公众号
    【诺贝尔物理学奖聚焦量子信息科学,中国科学家成就瞩目】
从爱因斯坦到“墨子号”:诺奖得主畅谈量子信息    2022年诺贝尔物理学奖桂冠加冕于阿兰·阿斯佩、约翰·克劳泽和安东·蔡林格三位物理学家,他们的获奖理由在于其对贝尔不等式的实验挑战以及在量子信息科学领域的开创性工作。他们通过利用纠缠光子进行实验,成功证明了量子力学非定域性的存在,并为这一颠覆性科学领域的发展奠定了坚实基础。
从爱因斯坦到“墨子号”:诺奖得主畅谈量子信息    诺贝尔奖素来重视科研成果的实用价值与应用前景,蔡林格教授团队历经近半个世纪的探索验证,终获此殊荣。值得注意的是,在量子信息技术的实际应用中,中国科学家的表现尤为突出,其中以“墨子号”量子科学实验卫星为代表的一系列重大突破被诺奖委员会多次提及并高度评价。
    在2月29日一场关于量子信息的对话活动中,安东·蔡林格携其首部中文科普译作《光子之舞》,与中国科学院院士潘建伟及北京理工大学教授尹璋琦展开深度探讨。此次对话揭示了爱因斯坦对于量子力学完备性质疑的深刻影响,尽管他因提出光量子假说而荣获1921年诺贝尔物理学奖,但他坚持的“定域实在性”理论与玻尔等人所倡导的量子非定域性观点截然不同。直至1964年,贝尔不等式的提出才开启了两种理论对决的实验检验窗口。
    自上世纪70年代起,蔡林格教授及其团队,以及其他两位诺贝尔奖得主,进行了大量严谨且严格的实验研究,逐步确立了对贝尔不等式的违反事实,从而强有力地证实了量子力学的正确性和超越经典认知的奇特性质。蔡林格教授亲述其诺奖实验:“我们的实验实质上验证了贝尔不等式的违背,标志着量子信息技术新纪元的开启。我们观测到两个纠缠光子之间的相关性现象,但两者之间并无任何直接联系或信息传输,这颠覆了传统的定域实在观念。”
    潘建伟院士指出,本次诺贝尔奖不仅是对蔡林格教授在纠缠光子实验方面卓越贡献的认可,更表彰了他在量子信息科学先驱性工作的领导地位。蔡林格教授作为该新兴领域的领军人物之一,对量子信息技术的进步产生了深远影响。
    从科幻走向现实的量子隐形传态,打破了传统物理学的认知边界。它并非如科幻作品中描绘的物质实体瞬间转移,而是粒子携带的量子态信息在远距离上的传递。蔡林格教授生动阐述了这一神奇现象:通过纠缠实现的信息定义,使得一个粒子的状态能够在远方粒子上再现,仿佛在此消失,在彼出现,却无信息传输的过程。
    量子信息技术的应用已在中国取得多项世界纪录,包括量子密钥分发技术的成功运用,中国电信数据显示,去年量子密话用户已达300万;同时,结合人工智能与量子计算的研究正在解决诸如量子化学和材料设计等领域传统难题,中科大罗毅教授团队在量子人工智能方面的研究成果已在实验阶段展现潜力。
    此外,尹璋琦和李统藏教授提出的将微生物或细菌置于量子叠加状态的理论设想,理论上甚至可能实现微生物间的量子隐形传态,这种原本只存在于科幻想象中的场景,未来有望成为现实。
    蔡林格教授强调了中国在量子通信领域的重要角色,特别是与中国学生的合作。潘建伟院士早年留学奥地利期间,师从蔡林格教授,二人共同完成了量子隐形传态的首个实验项目。蔡林格教授表示,潘建伟在实验组中的贡献至关重要,特别是在量子隐形传态和多粒子纠缠实验中发挥了决定性作用。
    回溯至1996年,潘建伟带着雄心壮志来到因斯布鲁克,跟随蔡林格教授开始了他的实验学者生涯。蔡林格教授耐心培养潘建伟,从搭建马赫-曾德尔干涉仪起步,一步步将其塑造成顶尖实验学者。多年密切合作后,两人携手推进洲际量子密码通信实验,并在2018年实现了历史性的突破。
    蔡林格教授新作《光子之舞》是一本深入浅出介绍量子信息科学魅力的科普力作,全书未使用一个公式,却清晰勾勒出量子纠缠这一诡异现象的科学脉络,使读者能轻松领略这一复杂而迷人的科学领域。潘建伟院士对此书推崇备至,认为其语言表达力和科学诠释力对中国读者具有极高的启发价值。
    最后,蔡林格教授寄语中国读者:“量子物理学无疑充满了神奇,《光子之舞》揭示了其奥秘。这本书犹如两位年轻朋友间的探索之旅,相信中国的年轻读者在阅读过程中不仅能收获知识的乐趣,更有可能激发投身于这个神奇领域的热情。”潘建伟院士亦坚信,众多中国读者将喜爱这本书,并期待更多未来的科学家和物理学家加入这一前沿研究领域。

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