最新诺贝尔奖量子纠缠（2022诺贝尔物理学奖-量子纠缠）

瑞典当地时间2022年10月4日11时45分（北京时间10月4日17时45分），诺贝尔奖委员会宣布将2022年物理学奖颁给法国物理学家Alain Aspect、美国物理学家John F. Clauser、奥地利物理学家Anton Zeilinger以表彰“用纠缠光子验证了量子不遵循贝尔不等式，开创了量子信息学”

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在经历了【天体物理代表队】过去“五年三冠”的统治级表现之后，Aspect、Clauser和Zeilinger教授的量子纠缠终于击败了近藤效应、拓扑绝缘体，为【量子力学代表队】拿下一分！这也是继2012年阿罗实教授之后量子物理再次站在物理之巅！

三位科学家的成果极其重要，通过纠缠光子实验，证明了贝尔不等式被破坏。

这次的获奖内容，可能诺贝尔物理学奖是过去十年以来，大众最为喜闻乐见，最容易被大家理解的一次了，核心其实就是四个字：量子纠缠。与大家流行的遇事不决量子力学的观念不谋而合。具体来说，他们对于纠缠态光子的实验，证明了贝尔不等式不成立，开创了基于量子超距作用去传递信息的量子信息学。

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那么这项实验的意义究竟在哪里呢？这实际上在整个物理学的历史上都是有着很深的渊源，涉及到爱因斯坦和波尔两位殿堂级物理学家的世纪之战。

上个世纪，物理学有两项重大发现，分别是相对论和量子力学。爱因斯坦独自建立的相对论，是关于时间、空间和引力的理论。而在波尔、薛定谔、泡利、狄拉克、海森堡和爱因斯坦等众人的共同努力下，建立了量子力学。

谈及量子力学，费曼就曾说过：“如果你在学量子力学时没有感到困惑，那你就什么都没学会。”量子力学确实是这样，包括海森堡的不确定性原理（位置和动量不可同时确定）、薛定谔的猫（不知死活）等，这都让伟大的物理学家爱因斯坦发出灵魂叩问：“难道只有当我们看月亮时，月亮才存在吗？” 所以在第五次索尔维会议时，爱因斯坦提出“上帝不会掷骰子”，而波尔反驳爱因斯坦，“不要告诉上帝该怎么做！”两位物理学家的争论名扬千古。

那么当时波尔等人认为量子力学是不确定的，薛定谔的猫是不知死活的。爱因斯坦当然不会同意，于是为证明量子力学是不完备的，他联合了波多尔斯基和罗森，对量子纠缠下手，提出了著名的EPR佯谬。他明确反对两个粒子的量子力学关联，称之为“鬼魅般的超距作用”。言外之意是一定有一种我们不知道的隐变量在其中起着重要作用。

贝尔不等式的提出，正是针对EPR佯谬的隐变量理论，为是否存在隐变量提供了判据。简言之就是：如果贝尔不等式成立，那就是有隐变量，爱因斯坦正确。而倘若贝尔不等式被破坏，那就意味着不存在隐变量，波尔正确。

回到正题，图中三位物理学家在实验上证实了贝尔不等式被破坏，用实验的铁证结束了爱因斯坦和波尔两位物理学家的世纪之战，最终以波尔为代表的量子力学取得胜利。其重要性不言而喻。

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什么是量子？

简单来说，量子是一种具有二元性的物理现象。在量子出现之前，物理学家设想世界上的物质要么是以粒子形态存在的，要么是以波的形态存在的。粒子是点状的，一次只能占据一个位置，但波是散布在整个空间中的，而且一束波中存在很多不同的“波形”，是由许多“波形”叠加在一起的。量子理论告诉我们，所有物质既具有粒子性，又具有波动性。所有物质既占据一个位置，又是散布在整个空间中，是由许多“波形”叠加在一起形成的。这种逻辑看起来很矛盾，但是量子理论的数学推导和实验结果表明，这都是真的。

举个例子，如果你人在北京，你就不可能同时在上海。但是在量子世界，假如一个粒子人在北京，它还可以同时在上海、广州、杭州等等。施展多重影分身术了属于是。

什么是量子纠缠？

前面那个例子说的是一个粒子的量子状态。一个粒子不可能形成量子纠缠。形成量子纠缠至少得有2个粒子。现在就让我以2个粒子为例，说一说什么是量子纠缠。

假设你是一个粒子，你对象是另一个粒子。你的状态是既在北京也在上海，你对象的状态也是既在北京也在上海。这时，你们二者形成的集体，其量子状态可能存在两种可能性。

第一种可能是量子纠缠态。虽然你既在北京也在上海，你对象也是既在北京也在上海。但假如你在北京的时候，你对象一定在上海，或者你在上海的时候，你对象一定在北京。那么你和你对象处于的这种量子状态，就是量子纠缠态。这时，你会发现，你的状态和你对象的状态是“联动的”，我只要知道你们其中一个人的状态，就能100%确定另一个人的状态。

第二种可能是无纠缠的量子状态。假如你在北京的时候，你对象既在北京也在上海，ta具体在哪儿我们并不确定。并且，你在上海的时候，你对象既在北京也在上海，ta具体在哪儿我们也不确定。这时，你会发现，你的状态和你对象的状态是“无关的”，即使我知道你们其中一个人的状态，我也完全无法确定另一个人的状态。这样的状态就是“无纠缠的”。

总而言之，量子纠缠就是一种神奇的量子现象——两个（或多个）粒子的量子状态虽然都是既在这里又在那里，但是它们相互之间却形成了一种神秘的“联动”。这种神秘“联动”导致，无论这些粒子相距多远，只要你通过实验测量确定了其中一个粒子的状态，你就可以同时确定远在天边的另一个（或多个）粒子的状态。

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贝尔不等式恐怖在哪？

比起双缝干涉，贝尔不等式、以及后续各种版本的证明贝尔不等式不成立的实验，更加颠覆三观。

贝尔不等式的意义是用来验证一对纠缠粒子是否存在“超距作用”。

在薛定谔“孪生粒子”的思想实验中，两个相距万里的粒子，观测出A的状态，也就知道B的状态，因为A和B都是一个母粒子分裂而成的，B的状态一定和A相反。因为A、B两个粒子的命运紧密相连，牵一发而动全身，所以薛老师给起了个性感的名字：量子纠缠。就好比：母亲把一双鞋分给兄弟俩，他们各带一只远走他乡。中国的哥哥打开盒子发现是左脚，就知道弟弟带到美国的另一只一定是右脚。

看上去，这并没有什么稀奇。稀奇的是，根据量子力学的说法，弟弟那只鞋是左还是右，不是他妈决定的，而是哥哥“打开盒子”的行为决定的！在哥哥看到左脚鞋的一瞬间，鞋里飞出一个神秘的信号，闪电般穿过千山万水，通知美国的另一只鞋变成右脚！这个速度能有多快？

无限快。

但是，“上帝”允许无限快的瞬时传送吗？

爱因斯坦强烈反对“超距作用”，因为在他看来，这违反了相对论的基本原则：任何物质或信息的传送速度，不可能超过光速。不管是光的传播、还是力的作用，都需要时间，而且距离越长、延时越大，这就是“定域性”。

贝尔不等式就是基于爱因斯坦定域性假设得到的一系列推论。举个例子，如果你说的，我的肉体在上海，但是我的灵魂在拉萨，这就违反了定域性假设。爱因斯坦认为，你要么灵与肉在上海，要么灵与肉在拉萨，不可能一边一个。

然而量子纠缠是“非定域”的，哪怕横跨100万光年，两个纠缠态粒子可以瞬间改变状态。你不变我就不变，你变我就跟着变。从“你变”到“我变”，延时永远为0。

爱因斯坦认为，如果超距作用真的存在，那么相对论就错了；当然，相对论是不可能错的（在爱看来），所以肯定是推导出超距作用的量子力学错了。

要是万一量子力学没错，那就是相对论错了。反正，相对论和量子力学只能活一个。

然而贝尔不等式实验却证明了：纠缠量子之间真的存在“超距作用”，真的可以超过光速！但它却不违反相对论，因为量子纠缠不能传送任何有效信息！

真tm妙透了。

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但是今年获奖的三位物理学家就证明了：诶，在量子的范畴，我是可以肉体在上海，灵魂在拉萨的。而且不光如此，你要是杀死了我在拉萨的灵魂，我上海的肉体也会立刻一同死去。

唯一的遗憾是，爱因斯坦没有活到被打脸的那一天。

一个能打脸爱因斯坦的理论，从不同角度做了60年实验，每一次都被验证成功。如果这还不得诺奖，那我想知道什么样的研究能得诺奖？