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物理诺奖委员会主席:量子技术带来的进步会在哪里结束,现在说还为时尚早

知识分子  · ZhiHu-Article  · 科学  · 2022-10-05 10:45

编者按





就今年的诺贝尔物理学奖,《知识分子》专访了诺贝尔物理学委员会主席、瑞典隆德大学理论物理学教授安德斯·伊尔巴克。他认为,量子纠缠是量子力学的一个重要属性,也是一个重要的资源。量子技术带来的进步会在哪里结束,现在说还为时尚早。

访谈、整理|陈晓雪

翻译|陈思、张志炅、龚思秋、陈晓雪

责编|钱炜

2022年10月4日,瑞典皇家科学院宣布,2022年诺贝尔物理学奖授予法国物理学家阿兰·阿斯佩(Alain Aspect)、美国物理学家约翰·弗朗西斯·克劳泽(John F. Clauser)和奥地利物理学家安东·塞林格(Anton Zeilinger),以表彰他们“利用纠缠光子的实验,确认贝尔不等式破缺,开创量子信息科学”的贡献。

诺奖官网对获奖人的工作介绍道:“通过开创性的实验,证明了研究和操纵处于纠缠状态的粒子的可能性。一对处于纠缠状态的粒子,其中一个粒子的变化,决定了另外一个粒子会发生什么,即使它们相距极远。三位获奖人对于实验工具的发展,为量子技术的新时代奠定了基础。”

纠缠,是这次诺奖的关键词,也是量子力学得到进一步发展的重要力量。为何量子纠缠如此重要?量子技术的新时代是什么?量子纠缠在未来有着怎样的应用前景?

就以上问题,《知识分子》专访诺贝尔物理学委员会主席、瑞典隆德大学理论物理学教授安德斯·伊尔巴克(Anders Irbäck)。他认为,量子纠缠是量子力学的一个重要属性,也是一个重要的资源,在量子技术领域的很多进展,量子纠缠都起着重要的作用。对于量子技术的未来,他抱有极大的信心,但这些进展具体会在哪里结束,“现在说还为时尚早”。

《知识分子》:为什么量子纠缠如此重要,以至于诺贝尔奖委员会把2022年诺贝尔奖发给这个领域?

伊尔巴克:我认为可以从两个方面来看。一方面更多的从基础的视角看,作为量子力学的一个属性,纠缠是一个了不起的属性。这意味着尽管相距很远,各自分开的粒子也可以像一个个体一样运作。如果我们更多地从应用、技术方面考虑,那么纠缠无疑是一个很有用的属性。它通常被称为资源,一个重要的资源。


《知识分子》:所以您认为量子纠缠是一个重要的资源。


伊尔巴克:是的,目前,在量子技术领域,有许多进展,不能说所有,但在很多情况下,量子纠缠起着重要的作用。


《知识分子》:量子纠缠的本质是什么?是一种物质,一种状态或其他什么?


伊尔巴克:它是一种特征,量子态的一个属性。量子态可能包含,或者说,假如我们有一个包含两个粒子的简单量子态,然后纠缠就表明了这些粒子如何相互关联的一些信息。无论它们是分开的实体,还是它们以某种方式相互感知。


《知识分子》:今年诺贝尔物理学奖关于科学背景的报告中提到:获奖者发展的实验工具为量子技术新时代奠定了基础。“新时代”具体指什么,为什么会这么说?


伊尔巴克:这里的“新时代”,指的是量子技术的一个新阶段,从这一关于纠缠和贝尔不等式的成果开始。因为实验上的需要,人们明白了处理纠缠态及其他的方式,而纠缠量子态是新的量子技术中一个重要方面。


一个例子是量子计算机和量子密码学,这些领域正在进行大量研究和开发。我们目前还没有量子计算机,我们实际上还没有真正的实用的量子计算机,但是现在企业和大学都在这方面付出了许多努力。我们会看到它未来的发展的。


《知识分子》:您的意思是三位诺奖得主的贡献使这些应用更可靠或更实用?


伊尔巴克:说到这些获奖者和他们的工作,为了完成实验,他们必须把他们的实验做到极致并开发实验工具。这些进展使其他人对这类研究产生了兴趣。从这个角度看,对于推动量子技术领域而言,他们的工作的确是开创性的。



《知识分子》:诺奖委员会的发布会上讲到了贝尔不等式、爱因斯坦等。这个奖项与贝尔(John Stewart Bell)、爱因斯坦他们有什么关系?


伊尔巴克:这个被称作纠缠的特性,像爱因斯坦、薛定谔这样著名的物理学家深知它的存在以及它一些引人注目的方面。嗯,我不确定要讲得多无聊,所以如果我说的太复杂的话请打断我。


这种粒子之间的纠缠,它们某种意义上像是一个个体。这究竟是怎么回事?爱因斯坦指出,一种可能性是量子力学并不完备,我们看到的不全面。可能存在着对我们实际看到的(现象)来说重要的隐藏信息。


然后是贝尔,20世纪60年代的理论物理学家,将之形式化并给出了数学描述,因此人们可以实际测试。假设隐变量存在,他给出了两个粒子之间可能存在的关联的极限,同时他也注意到量子力学给出的预测是更强的关联,超过了这一极限。不过这只是一个完全理论的结果。这次的诺奖得主,他们在实验上(对贝尔不等式)进行了探究并确认(量子力学的预测)与实验相符。


《知识分子》:如果贝尔还活着的话,您认为他会被授予这一奖项吗?

伊尔巴克:从委员会颁奖的原则上说,(因为他已经去世了所以)他没有获奖,但毫无疑问他的成果是很了不起的。


《知识分子》:诺奖委员会发布的关于2022年物理学奖的科学背景的报告中,引用了七次潘建伟参与或潘建伟团队主导的文章。您怎样评价潘建伟和他的团队的工作?


伊尔巴克:在某种程度上来说,他们的工作是相似的,我们很清楚地意识到了他(潘建伟)的工作。我们知道他有一些工作是和此次诺贝尔奖得主之一——安东·塞林格合作完成的。


《知识分子》: 有许多人依然不相信量子纠缠可以用在量子信息和量子保密通信,认为这些研究和实验是一场场骗局。您对这些人有什么建议吗?


伊尔巴克:我没有什么建议,但是我认为有很多令人信服和叹为观止的实验证实了纠缠就在那里,并且是十分重要的。


《知识分子》:令人感到疑惑的是,无论多少文章发表或者学术期刊说些什么,一些人总是认为这些研究只是为了从政府骗取经费的骗局。


伊尔巴克:是的,(但)有很多大公司愿意投资到这里。


《知识分子》:那您对量子纠缠在未来的应用看法是怎样的?


伊尔巴克:目前正在进行的这些巨大努力将带来一些成果, 我最近对此倍感信心。但对于具体的问题,比如量子计算,我们将会得到怎样的结果,我无从得知。

《知识分子》:今天,美国、欧洲和中国均在量子计算、量子信息、量子网络上投入了大量的资源。您如何评价?

伊尔巴克:我想每个人都可以看到它带来了多少进步。所以,我的话仍然是,它(带来的进步)会在哪里结束,现在说还为时尚早。

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