“量子物理”成大赢家！南大名誉教授获2022诺贝尔物理学奖

2022年诺贝尔物理学奖昨天公布，Alain Aspect（阿兰·阿斯佩）、John F.Clauser（约翰·克劳瑟）和Anton Zeilinger（安东·塞林格）三位科学家获奖。安东·塞林格2016年被聘为南京大学名誉教授，并作为代表与我校签署《南京大学-奥地利科学院合作备忘录》，在量子物理等多个领域开展合作。

了解今年的诺奖成就“量子信息”之前，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。”马小松教授表示。量子科学区别于经典物理定律，在量子力学基本原理的基础上重新构建的具有颠覆性的观察、认识和理解微观世界的方法和理论。

“如果量子力学描述的现象正确的话，两个用户A和B，无论间隔的空间和时间有多远，他们之间永远能产生关联。”专家对量子纠缠有一个通俗的解释：在浩瀚的宇宙中有一种现象似乎颠覆了自然法则，如果把两个粒子放到一起配对后，再把两个粒子分开，一个放在实验室，而另一个放在宇宙空间，此时神奇的事情就发生了。即使放在宇宙空间的粒子与地球上的这个粒子距离数百光年外，也能与另一个粒子相互关联。此时，科学家将地球上的一个粒子向左旋转，那么，宇宙空间的另一个粒子会同时向右旋转，不受地球与宇宙空间的距离限制。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做出实践性开拓。 

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多位科学家由于量子物理的研究而获得诺贝尔奖。

“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的胜出，赢在了他们对于量子物理最关键工作的印证，凸显出了量子力学和日常生活的不同之处。”马小松说。

据介绍，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。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。”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。

而目前推进最有成效的量子通信，大众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。

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》（National Science Review, NSR）。

对于这一研究成果，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与高度评价，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”。

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。

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