2022诺奖背后，c纠缠打开量子通信

2022年诺贝尔物理奖公布，授予法国学者阿兰・阿斯佩（AlainAspect），美国学者约翰・克劳泽（John?Clauser）奥地利学者安东・蔡林格（Anton?Zeilinger），以表彰他们“用纠缠光子进行实验，证伪贝尔不等式，创造量子信息科学”。
今年的诺贝尔物理学奖授予这三位物理学家，不仅是因为他们的先驱研究为量子信息学奠定了基础，也是对量子力学和量子纠缠理论的认可。展望未来，量子纠缠最吸引人的应用是量子计算机和量子通信，包括量子信息、量子加密、量子传输等。量子时代正在加速，人类也将经历全面的创新。
“幽灵般的超距作用”
获奖的核心在于获奖的核心在于获奖。“量子纠缠”。
一般来说，两个遥远的陌生人想做同样的事情，好像有一根看不见的绳子牵着他们。这种神奇的现象可以说是“心灵感应”。

同样，量子纠缠是指在微观世界中，两个微粒子之间的纠缠关系，两个纠缠粒子就像一对心电感应双胞胎，无论多远，公里水平或更远，只要一个人的状态发生变化，另一个人的状态也会发生同样的变化。也就是说，无论这两个粒子有多远，只要一个粒子的状态发生变化，就可以立即改变另一个粒子的状态。
然而，在此之前，量子纠缠并不是一种公认的存在。爱因斯坦和玻尔都是量子力学的先驱和创始人，但他们对量子理论的解释是针锋相对的。其中，爱因斯坦的观点可以使用它的名言“上帝不掷骰子”总结一下。爱因斯坦强调量子力学不能超距，这意味着他坚持经典理论“局域性”。
爱因斯坦认为，经典物理学中的三个基本假设――守恒律，确定性和局域性，应该是经典力学和量子力学所共有的。其中，守恒律是指一个系统中某一物理量不随时间变化的规律，包括能量守恒、动量守恒、角动量守恒等。确定性是指从经典的物理规律出发，比如牛顿力学，可以在给定的时间得到物体的确定位置。
局域性也被称为定域性，即特定物体只能受到其周围力的影响。也就是说，两个物体之间的相互作用必须以波或粒子为中介。根据相对论，信息传输速度不能超过光速，因此某一点发生的事件不能立即影响另一点。因此，爱因斯坦将文章中两个粒子之间的瞬时相互作用称为“幽灵般的超距作用”值得一提的是，量子理论之前的经典物理也是局域理论。
事实上，早在1935年，爱因斯坦、博士后罗森和研究员波多尔斯基就联合发表了一篇论文，物理量子力学的真实描述能被认为是完整的吗？后人称之为EPR文章，EPR也就是三人名字的首字母。本文的论证也被称为论证。EPR爱因斯坦认为，一个粒子只有它的所有特性，并决定了任何测量的结果。
与爱因斯坦的观点不同，玻尔认为爱因斯坦总是将观察手段与客观世界完全分离是错误的。以玻尔为代表的哥本哈根学派认为，观察手段会影响结果，微观现实世界只有与观察手段一起考虑才有意义。在观察之前谈论每个粒子的状态是没有实际意义的。而且，由于两个粒子形成了一个相互纠缠的整体，只有用波函数描述的整体才有意义，人们不能把它们视为两个相距甚远的个体――既然它们是协调的，就不需要在它们之间传递任何信息。
也就是说，EPR谬误只表明了两种哲学观――爱因斯坦“经典局域实在观”哥本哈根学派“量子非局域真实观”根本区别。

纠缠量子纠缠正名
虽然EPR谬误中的思想实验并没有达到爱因斯坦的目的，但它创造了一个小的新领域，为后来的科学家提供了思想，促进了科学的发展。无论如何解释量子纠缠，后来的科学家都通过实验证实了这一点“纠缠”这种现象确实存在。
物理学家约翰・惠勒是第一个提出用光子实现纠缠态实验的人。1946年，约翰・约翰・约翰・约翰，・惠勒指出，正负电子应该对湮灭后产生的一对光子有两个不同的偏振方向。不久之后，1950年，吴建雄和沙科诺夫发表了一篇论文，宣布他们成功地实现了这一实验，证实了惠勒的思想，并产生了历史上第一对偏振方向相反的纠缠光子。
具体来说，光是一种波动，有其振动方向，就像普通水波向前传播时，水面的每个特定位置也在上下振动一样，上下是水波的振动方向。一般自然光由各种振动方向的光随机混合，但自然光通过特定方向的偏振片后，光的振动方向受到限制，成为只沿某一方向振动的光“偏振光”。
例如，偏振太阳镜的镜片是偏振片。偏振片可以想象在某个方向上有一些偏振片“偏振狭缝”只能允许在这个方向振动的光线通过，其余方向的光线大多被吸收。
在实验室中，科学家们可以使用偏振片来测量和转换光的偏振方向。光可以采用不同的线性偏振方向，垂直偏振方向可以与电子自旋相比。因此，用自旋描述的纠缠态也适用于光子。
也就是说，如果偏振光的振动方向与偏振片的轴一致，光就可以通过；如果振动方向垂直于偏振检测，光就不能通过。如果两者都是45°角，会有一半的光通过，另一半不能通过。然而，在量子理论中，光具有波粒二象性，在实验室中可以使用降低光强度的方法，使光源发出分离光子。
要知道，单个光子也有偏振信息。对于单个光子，只有进入偏振器后才能进入偏振器。“通过”和“不过”因此，入射光子偏振方向和检偏方向成45°每个光子有50%的概率通过，50%的概率不通过。如果这个角度不是45%，°是另一个角度，通过的概率也将与另一个角度相关。
这意味着光子既能实现纠缠，又能携带偏振等易于测量的性质。因此，科学家可以用它们来设计实验来测试爱因斯坦提出的内容EPR假谬误。然而，量子纠缠可以在实验中进行测试，最初归功于贝尔不等式的提出。
1964年，英国物理学家约翰・贝尔（JohnStewartBell）提出了以他名字命名的数学不等式――贝尔不等式。贝尔建议，如果有隐藏的变量，大量测量结果之间的相关性永远不会超过某个值。
获奖者之一的克劳瑟教授发展了约翰・贝尔的想法和一个实际的量子纠缠实验：约翰・克劳泽建造了一个装置，一次发射两个纠缠光子，每个都打向检测偏振的滤光片。1972年，他和博士生斯图尔特・弗里德曼显示了一个明显违反贝尔不等式的结果，并与量子力学的预测一致。实验测试贝尔不等式的根本目的是验证量子系统中是否有隐藏的变量，即测试量子力学是定域的还是非定域的。
然而，克劳瑟实验仍然存在一些漏洞――其中一个限制是，该实验在制备和捕获粒子方面效率低下。而且，由于测量是提前设置的，滤光片的角度是固定的，所以存在漏洞。随后，阿斯佩教授进一步完善了实验。纠缠粒子离开发射源后，切换了测量设置，因此粒子发射时的设置不会影响实验结果。
此外，塞林格教授具和一系列实验，塞林格教授开始使用纠缠态量子。他的研究团队还展示了一种被称为被称为的研究团队“量子隐形传态”这使得量子在一定距离内从一个粒子移动到另一个粒子。