量子力学现在已拥有很广阔的研究领域，包括量子计算机、量子网络和安全的量子加密通信

来源:电子技术应用ChinaAET发布时间:2022-10-14882浏览

量子力学(Quantum Mechanics)，为物理学理论，是研究物质世界微观粒子运动规律的物理学分支，主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论。它与相对论一起构成现代物理学的理论基础。量子力学不仅是现代物理学的基础理论之一，而且在化学等学科和许多近代技术中得到广泛应用。

19世纪末，人们发现旧有的经典理论无法解释微观系统，于是经由物理学家的努力，在20世纪初创立量子力学，解释了这些现象。量子力学从根本上改变人类对物质结构及其相互作用的理解。除了广义相对论描写的引力以外，迄今所有基本相互作用均可以在量子力学的框架内描述(量子场论)。

量子力学是描述微观物质的理论，与相对论一起被认为是现代物理学的两大基本支柱，许多物理学理论和科学如原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学以及其它相关的学科都是以量子力学为基础所进行的。

量子力学是描写原子和亚原子尺度的物理学理论 [1] 。该理论形成于20世纪初期，彻底改变了人们对物质组成成分的认识。微观世界里，粒子不是台球，而是嗡嗡跳跃的概率云，它们不只存在一个位置，也不会从点A通过一条单一路径到达点B [1] 。根据量子理论，粒子的行为常常像波，用于描述粒子行为的“波函数”预测一个粒子可能的特性，诸如它的位置和速度，而非确定的特性 [1] 。物理学中有些怪异的概念，诸如纠缠和不确定性原理，就源于量子力学。

19世纪末，经典力学和经典电动力学在描述微观系统时的不足越来越明显。量子力学是在20世纪初由马克斯·普朗克、尼尔斯·玻尔、沃纳·海森堡、埃尔温·薛定谔、沃尔夫冈·泡利、路易·德布罗意、马克斯·玻恩、恩里科·费米、保罗·狄拉克、阿尔伯特·爱因斯坦、康普顿等一大批物理学家共同创立的。量子力学的发展革命性地改变了人们对物质的结构以及其相互作用的认识。量子力学得以解释许多现象和预言新的、无法直接想象出来的现象，这些现象后来也被非常精确的实验证明。除通过广义相对论描写的引力外，至今所有其它物理基本相互作用均可以在量子力学的框架内描写(量子场论)。

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”。

诺奖委员会在其官方介绍中称，量子力学现在已拥有很广阔的研究领域，包括量子计算机、量子网络和安全的量子加密通信。

诺贝尔物理学委员会主席Anders Irbäck说：“越来越明显的是，一种新的量子技术正在出现。我们可以看到，获奖者对纠缠态的研究非常重要，甚至超越了解释量子力学的基本问题”。

北京计算科学研究中心教授薛鹏提前猜中了今年的获奖者，她向“返朴”表示，这三位获奖者实至名归。下文是薛教授对今年获奖工作的科普介绍。

诺奖委员会在其官方介绍中称，量子力学现在已拥有很广阔的研究领域，包括量子计算机、量子网络和安全的量子加密通信。

北京计算科学研究中心教授薛鹏提前猜中了今年的获奖者，她向“返朴”表示，这三位获奖者实至名归。下文是薛教授对今年获奖工作的科普介绍。

在2010年，法国的阿兰·艾斯佩特(Alain Aspect)、美国的约翰·柯罗瑟(John Clauser)、和奥地利的安东·吉林哲(Anton Zeilinger)三位物理学家“因其在量子物理学基础上的基本概念和实验贡献，特别是一系列日益复杂的贝尔不等式测试，而获得沃尔夫奖(Wolf Prize)”。

美国物理联合会旗下科普网站Inside Science于2019，2020，2021连续三年预测该三位物理学家奖获得诺贝尔物理学奖。

爱因斯坦认为量子纠缠这种超距相互作用是不可思议的，违背了狭义相对论。与其在普林斯顿的助手Boris Podolsky 和Nathan Rosen提出一个思想实验，就是著名的EPR佯谬。描述了A、B为自旋1/2的粒子，初始总自旋为零。假设粒子有两种可能的自旋，分别是 |上> 和 |下>，那么，如果粒子A 的自旋为 |上>，粒子 B 的自旋便一定是 |下>，才能保持总体守恒，反之亦然。这时我们说，这两个粒子构成了量子纠缠态。

今天获得诺贝尔物理学奖的三位科学家——法国科学家阿兰阿斯佩、美国科学家约翰克劳泽、奥地利科学家安东塞林格，他们通过开创性的实验展示了处于纠缠状态的粒子的潜，这三位获奖者对实验工具的开发，也为量子技术的新时代奠定了基础。

你明白“纠缠”吗

在所谓的“纠缠对”中，一个粒子发生的事情，会决定另一个粒子发生的事情(不管相距多远)。这意味着什么?

量子学的基础仅仅是一个论或哲学问题。其与全世界正密集研发的、以利用单个粒子系统的特殊属性来构建的子计算机、改进测、子网络以及子加密通信，都能息息相关。

以上应用，均需依赖于子学如何允许两个或多个粒子以共享状态存在，甚至无论它们相隔千山万水，均能保持这一状态。

这被称为纠缠。

自从该论提出以来，它一直是子学中争论最多的元素之一。

阿尔伯特·爱因斯坦说这是“幽灵般的超距作用”，而埃尔温·薛定谔说这是子学最重要的特征。

今年的获奖者们，探索了这些纠缠的子态，他们的实验为基于量子信息的新技术扫清了障碍，为目前正在进的子技术革命奠定了基础。

两对纠缠粒子从不同的来源发射。每对粒子中的一个粒子以一种特殊的方式相互纠缠而聚集在一起。然后，其他两个粒子(图中的1和4)也被纠缠在一起。通过这种方式，两个从未接触过的粒子可以纠缠在一起。

不断解决漏洞

长期以来存在的一个问题是，相关性究竟是不是因为纠缠对中的粒子包含隐藏变量。1960年代，约翰斯图尔特贝尔提出了以他的名字命名的数学不等式。这说明如果存在隐藏变量，则大量测量结果之间的相关性，永远不会超过某个值。然而，量子力学预测某种类型的实验将违反贝尔不等式，从而导致比其他方式可能产生的更强的相关性。

来源| 潜力变实力

END