2022 諾貝爾物理學獎鎖定量子技術基礎，美法奧 3 學者共獲殊榮

今年，諾貝爾物理學獎於 10 月 4 日頒發給 Alain Aspect、John F. Clauser、Anton Zeilinger 這 3 名各自以糾纏量子態進行開創性實驗的科學家，他們的研究結果為量子訊息技術的實驗工具開發奠定了基礎。

雖然物理學家解決的問題乍看之下往往與日常相去甚遠──比如微小粒子或空間、時間之謎，但他們的研究實際上為許多科學實際應用奠定基礎。

去年，諾貝爾物理學獎頒給 Syukuro Manabe、Klaus Hasselmann、Giorgio Parisi 這 3 名科學家，他們的研究工作增進了我們對氣候變遷的理解。

今年，諾貝爾物理學獎得主為法國物理學家 Alain Aspect、美國理論和實驗物理學家 John F. Clauser、以及奧地利量子論物理學家 Anton Zeilinger，3 人將評分約新台幣 3,000 萬獎金。

量子力學涉及大片研究領域，包含量子電腦、量子網路、量子加密通訊等，而技術發展關鍵因素之一是理解量子力學如何允許 2 個或多個粒子以糾纏態存在：相互糾纏粒子只要其中一個發生變化，另一個粒子就會立刻呼應變化，無論它們相距多遠。

糾纏粒子也可以視為往相反方向拋出的相反顏色球，在隱藏變量理論中，球已包含會顯示什麼顏色的隱藏訊息，但量子力學表示，在有人看到球之前，它們都是灰色的，只有當其中一個球隨機變成白色，則另一個才會被發現變成黑色。

而 1960 年代，科學家貝爾提出了原本想給量子力學致命一擊的貝爾不等式（Bell inequalities），認為如果存在隱藏變量，則大量測量結果之間的相關性永遠不會超過某個值，卻隨著設備越來越精良、實驗次數越來越多，貝爾不等式反而成為證明量子力學的工具，因為貝爾不等式可以區分量子力學的不確定性或使用隱藏變量，實驗表明自然界行為就如量子力學預測，球都是灰色的，沒有任何秘密資訊，哪一個變成黑色、哪一個變成白色都是由機率決定。

▲ 糾纏光子對。（Source：諾貝爾獎官網）

John F. Clauser 便進行了這實驗：透過明顯違反貝爾不等式來支持量子力學，說明量子力學不能被使用隱藏變量的理論取代。

Alain Aspect 則開發了一種實驗，透過一種激發原子的新方法，使它們以更高速率發射糾纏光子，且能夠在在不同的設置之間切換，使系統不包含任何可能影響結果的訊息。

Anton Zeilinger 也對貝爾不等式進行了更多測試，透過將雷射照在特殊晶體上創造糾纏光子對，並使用隨機數在測量設置之間切換，其中一項實驗使用遙遠星系的訊號來控制過濾器（filter）並確保訊號不會相互影響。

這些完善的工具讓實際量子力學應用變得越來越現實，世界各地研究人員在很短的時間內發現許多利用量子力學強大特性的新方法，引領人類進入新時代。