近日對於量子領域最振奮的消息莫過於前幾日公布的諾貝爾物理學獎，今年的諾貝爾物理學獎頒發給了Alain Aspect、John F. Clauser、Anton Zeilinger，用以表彰他們透過實驗的方式以糾纏光子呈現出違反貝爾不等式 (Bell’s inequalities)的結果，並且為量子資訊領域帶來貢獻。
要理解三位獲獎者工作的重要性，最早可以追溯至由Albert Einstein, Boris Podolsky和Nathan Rosen於1932年共同提出的EPR悖論[2]。EPR思想實驗是由一對糾纏的粒子所組成，按照海森堡測不準定理，若是想測量的兩個物理量是不可對易(commute)的，觀察者便無法同時取得兩個物理量的精確值，像是動量和位置。但有趣的是，我們可以先透過觀測其中一個粒子的動量，再從能量守恆可以得知另一個粒子的動量，這時再量測第二個粒子的位置，我們便有辦法得到像是違反測不準定理的結果．在這項悖論被提出之後，雖然有許多物理學家試著提出不同的詮釋，但始終缺乏一個可以直接透過實驗驗證的預測。直到1964年John Bell才提出貝爾不等式[3]，以數學形式檢驗量子力學是否正確。而在1969年John F. Clauser和其他同事更進一步將貝爾不等式改寫至可以被實驗檢驗的形式[4]。並且於1981到1982年間Alain Aspect和其他同事透過實驗，在確保兩個糾纏的光子具有互不干涉的情況下，以實驗的結果違反了貝爾不等式，也就是證明了量子力學是正確的[5],[6],[7]。在1997年Anton Zeilinger則是第一位成功於實驗展示出了量子態的遠距傳送 (teleportation)及於1998年成功展現量子糾纏態交換 (entanglement swapping)[8],[9]，這兩個現象在量子通訊上是極其重要的概念。
在現今，量子力學得以日漸完備，正是因為有前人的努力。今年的兩位諾貝爾物理學獎獲獎者John Clauser和Alain Aspect透過實驗的方式證明了量子力學，並且引起大家對於量子糾纏及相關技術的重視。Anton Zeilinger則是以其在實驗上的創新，推動基礎研究以及像是量子密碼學等等的相關應用。
資料來源
- Press release: The Nobel Prize in Physics 2022
https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2022/press-release/ - A. Einstein, B. Podolsky and N. Rosen, Phys. Rev. 47, 777 (1935)
- J.S. Bell, Physics 1, 195 (1964)
- J.F. Clauser, M.A. Horne, A. Shimony and R.A. Holt, Phys. Rev. Lett. 23, 880 (1969).
- A. Aspect, P. Grangier and G. Roger, Phys. Rev. Lett. 47, 460 (1981).
- A. Aspect, P. Grangier and G. Roger, Phys. Rev. Lett. 49, 91 (1982).
- A. Aspect, J. Dalibard and G. Roger, Phys. Rev. Lett. 49, 1804 (1982).
- D. Bouwmeester, J.-W. Pan, K. Mattle, M. Eibl, H. Weinfurter and A. Zeilinger, Nature 390, 575 (1997).
- J.-W. Pan, D. Bouwmeester, H. Weinfurter and A. Zeilinger, Phys. Rev. Lett. 80, 3891 (1998).
