10月4日,瑞典皇家学院公布2022年诺贝尔物理学奖得主:阿兰·阿斯佩、约翰·克劳泽和安东·塞林格以表彰他们在“用于纠缠光子的实验,确立对贝尔不等式的违反和开创性的量子信息科学”的卓越成就。这是量子信息科学研究者首次获得诺贝尔奖。其中,安东·塞林格不仅是中国科学院院士潘建伟的博士导师、中国科学院的外籍院士,他一直在积极推动国际交流与合作,对中国量子科技发展也保持着关注和支持。
以“墨子号”为代表的中国力量一方面,诺贝尔奖首次授予量子科技领域的研究者是对量子科技领域的肯定。另一方面,颁奖委员会在介绍获奖者的工作时,也提到了中国科学家团队为此做出的杰出贡献。
例如,本次获得诺奖的塞林格教授,早从1983年开始就一直与中国科学院、中国工程院等机构定期交流与合作。1997年,塞林格首次实现量子隐形传态的工作,被公认为是量子信息实验研究的“开山之作”,这篇文章的第二作者正是当时作为他学生的潘建伟。
塞林格还受聘为中国科学技术大学、南京大学、西安交通大学的名誉教授。他的这次获奖,与中国“墨子号”团队在卫星尺度上证明了他所发明的技术密切相关。
在诺贝尔奖的官方介绍中,大量引用了中国科大潘建伟团队的成果与贡献。此次安东·塞林格获奖所列出的量子通信实验论文,除一篇理论文章之外,其余有安东·塞林格名字的四篇量子通信实验文章都有着潘建伟的名字,并且均为第一作者或第二作者。此外,后续还有三篇论文是在“墨子号”发射之后中国科学家做出的相关工作,“中国团队的工作共提到了7项”。
例如,塞林格团队以合作形式参与了中国科学院主导的洲际量子通信实验,与中国科学技术大学潘建伟及彭承志等合作,利用“墨子号”量子科学实验卫星,实现距离达7600公里的洲际量子密钥分发,成功举行了75分钟的中国科学院和奥地利科学院洲际量子保密视频会议,并利用共享密钥实现加密数据传输和视频通信。该成果显示“墨子号”已具备实现洲际量子保密通信的能力。2018年,国际权威学术期刊《物理评论快报》以封面论文介绍了这一全球性科技进展。
感谢“让理论成为现实的人”
值得一提的是,塞林格也是量子通信领域的开创者。他在获奖后感谢了“所有让只存在于理论的实验变成现实的人”。在更早前,塞林格系统介绍过他对于量子通信网络实际应用和商业价值的看法,并表示“目前中国是领跑者。”
“量子网络已经不是面向未来的技术了。人类用网络来交换信息,而量子通信网络可以保证通信的安全性。人们想要在城市之间通信,比如在不同的大使馆里,就可以建立安全的量子通信网络。这在很多对安全性要求高的通信中都非常有价值。
我相信会建成这样的量子通信网络,而且不会只有一家。中国,可能还有其他国家,包括美国都在建造量子通信网络。以后可能还会有私人企业参与进来。
我相信在很多场合,信息安全都是非常重要的,而且人们愿意付高价以保障通信安全。一些高度机密的商业谈判,比如在航空公司购买商业航线的谈判中,人们就会希望通信绝对保密,不会被竞争对手知晓本方的出价。所以说,量子通信技术有很大的商业前景,更不用提它的军事价值了!
量子通信网络的发展会像电脑一样,最初只有三四台电脑被用于军事用途,而现在每个房间里几乎都有一台电脑。原因有两个:首先,技术进步了,它可以实现很多人们预想不到的功能;第二个原因就是价格下降了。在量子通信领域也会发生类似的事情。”
“为量子技术的新时代奠定基础”
诺奖官方表示,阿兰·阿斯佩、约翰·克劳瑟和安东·塞林格通过开创性的实验,展示了研究和控制纠缠态粒子的潜力。三位获奖者对相关实验工具的开发,为量子技术的新时代奠定了基础。这也是诺贝尔奖首次颁发给量子信息科学学者。
阿斯佩、克劳瑟和塞林格的成果为基于量子信息的新技术扫清了道路,让不可思议的量子力学效应找到了实际的应用,并造就了一个庞大的研究领域,包括量子计算机、量子网络和安全的量子加密通信。
20世纪60年代,约翰·贝尔提出了以他名字命名的数学不等式。这说明,如果存在隐藏变量,大量测量结果之间的相关性将永远不会超过某个值。然而,量子力学预言,某种类型的实验将违反贝尔不等式,从而导致比其他方式更强的相关性。
克劳瑟发展了约翰·贝尔的想法,并设计了一个实际的实验。使用该实验进行测量时,他通过明确违反贝尔不等式的实验结果,来支持了量子力学。这意味着量子力学不能被一个使用隐藏变量的理论所取代。在克劳瑟的实验之后,仍然存在一些漏洞。阿斯佩发展了这个实验,用它来弥补一个重要的漏洞。他在纠缠对离开其源头后,切换了测量设置,因此当它们被发射时,之前存在的设置不会影响其结果。利用系列实验和巧妙的工具设置,塞林格开始使用纠缠的量子态,其研究小组已经证明了一种叫做量子传送的现象,这使得粒子间的量子态转移成为可能。
诺贝尔物理学委员会主席安德斯·伊尔巴克(Anders Irbäck)说:“我们可以看到,获奖者在纠缠态方面的工作具有重要意义,甚至超越了有关量子力学解释的基本问题。”
从量子通信到量子计算,再到量子测量,每一个领域我国都进行了系统筹划和布局,才有了量子科技实现从跟跑、并跑到部分领跑的历史飞跃,集中涌现出“墨子号”“济南一号”“九章”“祖冲之号”等一批重大成果,量子科技发展体系化能力稳步建立。
而量子科技的发展也在推动着产业化的进程。作为率先从事量子技术产业化的公司,国盾量子有幸参与并见证了量子产业从0到1,反哺科研的过程。公司在量子通信方面,量子保密通信“京沪干线”“武合干线”等骨干网,以及北京、上海、合肥、济南等地城域网提供核心器件和技术保障,为“星地一体”广域量子保密通信网络建设提供小型化卫星地面站产品;在量子计算方面,参与“祖冲之号”超导量子计算优越性实验等前沿科技攻关,推动科技成果转移转化;在量子测量方面,与合作企业推出光量子雷达等精密测量仪器。
未来,我们将继续践行“量子科技 产业报国”使命,推动我国乃至世界的量子科技及产业发展。我们期待也相信,诺奖舞台、世界科技舞台会出现越来越多的中国身影、中国力量。