北京时间10月4日下午，瑞典皇家科学院宣布，将2022年诺贝尔物理学奖授予法国物理学家阿兰·阿斯佩（Alain Aspect）、美国理论和实验物理学家约翰·弗朗西斯·克劳泽（John F. Clauser）和奥地利物理学家安东·塞林格（Anton Zeilinger），以表彰他们通过光子纠缠实验，确定贝尔不等式在量子世界中不成立，并开创了量子信息这一学科。

新华日报·交汇点记者了解到，其中一位获奖者安东·塞林格，是南京大学物理学院教授马小松读博期间和博士后阶段的导师。

今天，我们邀请到马小松教授为读者科普量子物理的相关知识。

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量子的世界，远比你想象得神奇

了解今年的诺奖成就“量子信息”之前，你需要先理解这两个概念——“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。”马小松告诉记者。量子科学区别于经典物理定律，是在量子力学基本原理基础上重新构建的，具有颠覆性的，观察、认识和理解微观世界的方法和理论。

“量子纠缠”有着神奇的特性。有专家对“量子纠缠”做了一个通俗的解释：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，它们也能相互关联；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，且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。

马小松告诉记者，量子力学与相对论是20世纪物理学最重要的两大进展。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。今年的诺贝尔物理学奖，大家可以理解为颁发给了量子物理领域的科学家。三位科学家从基础物理的方面验证了贝尔不等式的不成立，并且在量子信息领域做出了新的成就。

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

量子物理未来能“改变世界”

专家介绍，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。而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。”而在油田勘探领域，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。

而对目前推进最有成效的量子通信，读者们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。

南大教授眼中的诺奖得主：导师陪我们熬通宵做实验

从2005年至2012年，马小松在导师安东·塞林格教授的指导下，在维也纳量子光学和信息研究所度过了7年的研究生涯。他告诉记者，导师留着醒目的大胡子，风趣、幽默、富有人情味，对基础物理一直保持着浓厚的兴趣和好奇心。“举个例子，我们的组会多半在早上开，每个人带上自己的早餐，一边吃一边听报告，整体讨论的氛围也比较轻松。”

安东·塞林格给了学生充分自主的研究环境，在马小松的印象里，导师会频繁邀请外校和外国的学者前来交流，给大家创造很好的交流讨论和学习的氛围。在学生遇到科研困难时，安东·塞林格会是“最坚强的后盾”。“我在2008年开始了一个实验，实验对天气、环境等因素的要求比较高，因此做到2012年才成功。”马小松说，在2010年到2011年，自己的实验曾经因为撒哈拉沙漠的沙尘暴而耽误，“那时我们都有些沮丧，但当时已经60多岁的老师，不顾高龄，坚持来到了西班牙，晚上和我们一起熬通宵做实验，还给我们送上了很多鼓励，给我留下了非常深刻的印象”。

新华日报·交汇点记者 杨频萍

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