10月4日下午，2022年諾貝爾物理學獎公布，科學家阿蘭·阿斯佩、約翰·弗朗西斯·克勞澤和安東·塞林格獲獎，表彰他們通過光子糾纏實驗，確定貝爾不等式在量子世界中不成立，并開創了量子信息這一學科。揚子晚報/紫牛新聞了解到，安東·塞林格是南京大學物理學院教授馬小松讀博和博士后期間的導師。馬小松教授應邀為讀者科普量子物理的相關知識。

【量子的世界，遠比你想象得神奇】

“量子”是能量存在的最小單元

了解今年的諾獎成就“量子信息”之前，你必須先理解這兩個概念，“量子”和“量子糾纏”。當一個物體存在最小的不可分割單元時，我們就說它是量子化的，并把這個最小單元稱為一個量子。這個概念由德國物理學家普朗克在1900年研究黑體輻射時率先提出——能量存在最小單元即“能量子”（量子），它的傳播是不連續的，而是一份一份的。量子化是量子力學的主要特征之一。除了能量以外，電荷、粒子自旋等物理量也是量子化的。

“我們了解了微觀世界的原子和分子，而想要更好地描述世界，所依賴的理論依據就是量子力學。”馬小松教授告訴記者。量子科學區別于經典物理定律，在量子力學基本原理的基礎上重新構建的具有顛覆性的觀察、認識和理解微觀世界的方法和理論。

“量子糾纏”有著神奇的特性

“如果量子力學描述的現象正確的話，兩個用戶A和B，無論間隔的空間和時間有多遠，他們之間永遠能產生關聯。”專家對量子糾纏做了一個通俗地解釋：在浩瀚的宇宙中有一種現象似乎顛覆了自然法則，如果把兩個粒子放到一起配對后，再把兩個粒子分開，一個放在實驗室，而另一個放在宇宙空間，此時神奇的事情就發生了。即使放在宇宙空間的粒子與地球上的這個粒子距離數百光年外，也能與另一個粒子相互關聯。此時，科學家將地球上的一個粒子向左旋轉，那么，宇宙空間的另一個粒子會同時向右旋轉，不受地球與宇宙空間的距離限制。這就是神奇的量子糾纏現象。

利用量子糾纏，科研工作者們陸續在量子通信、量子計算、量子精密測量等領域做出實踐性開拓。 

三位科學家贏在了對量子物理最關鍵工作的印證

馬小松教授告訴記者，量子力學與相對論是二十世紀物理學最重要的兩大進展。自20世紀初量子力學誕生以來，包括普朗克、玻爾、愛因斯坦等100多位科學家由于量子物理的研究而獲得諾貝爾獎。今年諾貝爾物理學獎，可以理解為頒發給了量子物理領域的科學家。三位科學家從基礎物理的方面驗證了貝爾不等式的不成立，并且在量子信息領域做出了新的成就。

“從20世紀70年代末開始，科學家們就在進行量子糾纏方面的工作。這次三位科學家在諾獎評選中的勝出，贏在了他們對于量子物理最關鍵工作的印證，凸顯出了量子力學和日常生活的不同之處。”馬小松說。

量子物理未來能“改變世界”

專家介紹，在理論物理研究的基礎上，科研工作者們有了新的“小目標”，要用量子物理來“改變世界”。比如，在新藥研發領域，量子計算就能幫上大忙。“目前的新藥研發，科研人員需要在一遍遍試驗的基礎上做歸納和統計。有了量子計算的幫助，科研人員就可以從分子和原子的微觀角度，去計算如何與藥物靶點相結合，這會大大提高新藥研發的效率。”在油田勘探領域，量子精密測量則像一個自帶“透視鏡”的“千里眼”，可以通過遠距離測量的方式來幫助工作人員檢測油田儲備情況。

而目前推進最有成效的量子通信，讀者們相對會更加熟悉一些。“量子通信最大的優點是安全，它不會改變我們目前的信息通信形態，但卻能夠讓信息更加安全。假如有人試圖在通信過程中竊取信息，那么正在通信的雙方就會迅速得知。”馬小松形象地打了個比方，量子通信就是一個自帶“保險柜”的加密通信過程，因此，在未來擁有廣闊的前景。

【南大教授眼中的諾獎得主】

對于基礎物理一直保持著濃厚的興趣和好奇心

今年77歲的安東·塞林格，是南京大學馬小松教授在奧地利讀博士和博士后階段的導師，從2005年到2012年，馬小松在維也納量子光學和信息研究所度過了7年的研究生涯。他告訴記者，導師留著醒目的大胡子，風趣、幽默，富有人情味。對于基礎物理一直保持著濃厚的興趣和好奇心。“舉個例子，我們的組會多半在早上開，每個人帶上自己的早餐，一邊吃一邊聽報告，整體討論的氛圍也比較輕松。”

安東·塞林格給了學生充分自主的研究環境，在馬小松的印象里，導師會頻繁邀請外校和外國的學者前來交流，給大家創造很好的交流討論和學習的氛圍。在學生的科研遇到困難時，安東·塞林格會是最堅強的后盾。“我在2008年開始了一個實驗，實驗對于天氣、環境等因素的要求比較高，因此做到2012年才成功。”馬小松說，在2010到2011年，自己的實驗曾經因為撒哈拉沙漠的沙塵暴而耽誤，“那時我們都有些沮喪，但當時已經60多歲的老師，不顧高齡，堅持來到了西班牙，晚上和我們一起熬通宵做實驗，還給我們送上了很多鼓勵，給我留下了非常深刻的印象。”

揚子晚報/紫牛新聞記者 楊甜子

校對 盛媛媛