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北京时间10月4日下午，瑞典皇家科学院宣布，将2022年诺贝尔物理学奖授予法国物理学家阿兰·阿斯佩（Alain Aspect）、美国理论和实验物理学家约翰·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），以表彰他们通过光子纠缠实验，确定贝尔不等式在量子世界中不成立，并开创了量子信息这一学科。新华日报·交汇点记者了解到，其中一位获奖者安东·塞林格，是南京大学物理学院教授马小松读博期间和博士后阶段的导师。

今天，我们邀请到马小松教授为读者科普量子物理的相关知识。

量子的世界，远比你想象得神奇

了解今年的诺奖成就“量子信息”之前，你必须先理解这两个概念：“量子”和“量子纠缠”。当一个物体存在最小的不可分割单元时，我们就说“它是量子化的”，并把这个最小单元称为“一个量子”。这个概念由德国物理学家普朗克在1900年研究黑体辐射时率先提出——能量存在最小单元即“能量子”（量子），它的传播是不连续的，而是一份一份的。量子化是量子力学的主要特征之一。除了能量以外，电荷、粒子自旋等物理量也是量子化的。

“我们了解了微观世界的原子和分子，而想要更好地描述世界，所依赖的理论依据就是量子力学。”马小松告诉记者。量子科学区别于经典物理，是在量子力学基本原理的基础上重新构建具有颠覆性的观察、认识和理解微观世界的方法和理论。

“量子纠缠”就是量子所具有的神奇特性。“如果量子力学描述的现象正确的话，两个用户A和B之间存在量子纠缠，无论他们间隔的空间有多远，他们之间永远能产生关联。”专家对“量子纠缠”做了一个通俗的解释。在浩瀚的宇宙中, 如果把两个粒子放到一起配对后，它们之间就建立了某种关联。当科学家设法把它们分开，把一个放在实验室里，而把另一个放到相距数百光年（即光也要走数百年的距离）以外的宇宙空间时，这两个粒子已经建立的这种关联仍能一直保留着。而此时，如果科学家因为想检查一下这种关联是否还存在，而将地球上的一个粒子向左旋转，那么，宇宙深处的另一个粒子就会“瞬时”完成向右旋转，且不受它们之间相距数百光年距离的限制。这就是神奇的量子纠缠现象。

利用量子纠缠，科研工作者们陆续在量子通信、量子计算、量子精密测量等领域进行了许多应用开拓，对未来的信息技术带来深远的影响。

马小松告诉记者，量子力学与相对论是20世纪物理学最重要的两大进展。自20世纪初量子力学诞生以来，包括普朗克、玻尔、爱因斯坦等100多位科学家因量子物理的研究而获得诺贝尔奖。今年的诺贝尔物理学奖，大家可以理解为颁发给了量子物理领域的科学家。三位科学家从基础物理的方面，验证了“量子纠缠违背了贝尔不等式”，并在量子信息领域做出了新的成就。

“从20世纪70年代末开始，科学家们就在进行量子纠缠方面的工作。这次三位科学家在诺奖评选中胜出，在于他们对量子物理最关键工作的印证，说明了量子力学和日常现象的不同之处。”马小松说。

量子物理未来能“改变世界”

专家介绍，在理论物理研究的基础上，科研工作者们有了新的“小目标”，要用量子物理来“改变世界”。比如，在新药研发领域，量子计算就能帮上大忙。“目前的新药研发，科研人员需要在一遍遍试验的基础上做归纳和统计。而有了量子计算的帮助，科研人员就可以从分子和原子的微观角度，去计算如何与药物靶点相结合，这会大大提高新药研发的效率。”而在油田勘探领域，量子精密测量则像一个自带“透视镜”的“千里眼”，可以通过远距离测量的方式来帮助工作人员检测油田储备情况。

而对目前推进最有成效的量子通信，读者们相对会更加熟悉一些。“量子通信最大的优点是安全，它不会改变我们目前的信息通信形态，但却能够让信息更加安全。假如有人试图在通信过程中窃取信息，那么正在通信的双方就会迅速得知。”马小松形象地打了个比方，量子通信就是一个自带“保险柜”的加密通信过程，因此，在未来拥有广阔的前景。

南京大学首次实现基于无人机的量子纠缠分发

2020年，南京大学祝世宁团队谢臻达、龚彦晓等在量子信息研究中取得突破，首次实现了基于无人机移动平台的量子纠缠分发。该成果以“Drone-based entanglement distribution towards mobile quantum networks”为题，在线发表于《国家科学评论》。随后，他们又实现了具有光学中继的无人机组的量子纠缠分发，为基于无人机的量子因特网构机奠定了基础。

量子纠缠分发是量子通信领域的重要研究内容，它可以有效证明量子通信链路的可靠性。此前，量子纠缠分发已在光纤链路以及卫星和地面之间的自由空间链路中获得成功。

对这一研究成果，科学美国人（Scientific American）网站在一篇关于量子因特网的评论文章中给予高度评价，认为量子通信的“下一个最佳选择可能是相对便宜的无人机”。

安东·塞林格（Anton Zeilinger）

南大教授眼中的诺奖得主

从2005年至2012年，马小松在导师安东·塞林格教授的指导下，在维也纳量子光学和信息研究所度过了7年的研究生涯。他告诉记者，导师留着醒目的大胡子，风趣、幽默、富有人情味，对基础物理一直保持着浓厚的兴趣和好奇心。“举个例子，我们的组会多半在早上开，每个人带上自己的早餐，一边吃一边听报告，整体讨论的氛围也比较轻松。”

安东·塞林格给了学生充分自主的研究环境，在马小松的印象里，导师会频繁邀请外校和外国的学者前来交流，给大家创造很好的交流讨论和学习的氛围。在学生遇到科研困难时，安东·塞林格会是“最坚强的后盾”。“我在2008年开始了一个实验，实验对天气、环境等因素的要求比较高，因此做到2012年才成功。”马小松说，在2010年到2011年，自己的实验曾经因为撒哈拉沙漠的沙尘暴而耽误，“那时我们都有些沮丧，但当时已经60多岁的老师，不顾高龄，坚持来到了西班牙，晚上和我们一起熬通宵做实验，还给我们送上了很多鼓励，给我留下了非常深刻的印象”。

新华日报·交汇点记者 杨频萍

编辑: 丁叮

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