前阵子我看到新闻,说瑞典皇家科学院把2022年的诺贝尔物理学奖颁给了阿兰·阿斯佩、约翰·克劳泽还有安东·塞林格这三个人,他们用纠缠光子做的实验,直接把爱因斯坦那个所谓的“鬼魅般的超距作用”变成了实实在在的东西。你看他们拿着奖的时候,手里捧的其实不光是奖杯,更是一把钥匙,这把钥匙一下子就把量子信息时代的大门给推开了。 这事儿要从爱因斯坦说起,他当年联合 Podolsky 和 Rosen 提出来的那个 EPR 悖论,其实就是对量子力学的一次灵魂拷问。他们觉得量子力学可能并没有描述完整的现实,粒子在发射的时候可能早就带着隐藏的变量,只不过人类现在还测不到。这就好比你有两个灰色的小球装在一个口袋里,谁也不知道它们落地会往哪儿滚,直到有人抬头看一眼,这时候两个球的颜色突然就互换了,一个变成黑的一个变成白的。哪怕你把口袋剪开让它们相隔万里,只要在这边的人抬头看一眼,那边的球颜色也会立刻跟着变。这种现象就叫量子纠缠,两个粒子就像被一根看不见的线绑在了一起。 后来贝尔就把这种哲学问题变成了数学公式。他说任何含隐变量的理论都有一条红线把测量结果给锁死了,而量子力学却预测说只要实验设计得好就能突破这条红线。于是大家就开始琢磨怎么让光子变成最听话的小球去做实验。克劳泽第一个动手了,他用激光轰击钙原子把两个纠缠光子发射出来,然后分别送去测量。关键是他把两个偏振片的角度设计得能实时切换,任何预先安排好的猫腻都被当场拆穿了。这结果一出来就明确违反了贝尔不等式,“超距幽灵”这就现了原形。 不过克劳泽的实验还是留了个后门,装置可能会悄悄挑出那些配合默契的光子。阿斯佩觉得不行必须把门焊死。他搞了个高速切换系统让光子一出源就分道扬镳,过滤器的角度能在十亿分之一秒内变过来。任何想从源头传过来的暗号都来不及溜进测量室。这次漏洞彻底堵上了,贝尔不等式又被更干净的数据给打破了。 塞林格玩得更花,他不光让单个粒子纠缠还玩起了“多人群聊”。比如说先让 A 和 B 纠缠起来,C 和 D 也纠缠起来;然后 A 遇到了 C 发生了纠缠交换,这时候 B 和 D 居然也共享了新的纠缠态。而且这种交换完全不需要用经典通信去通知——就像空气一样自动重新分配状态。 现在的实验室里纠缠光子都能飞几十公里光纤甚至几千公里卫星和地面之间的链路了。隐形传态、量子加密这些以前只在科幻电影里看到的场景现在都变成了现实。 这几个人站在领奖台上其实就是打开了一条通往未来文明的暗线。谁要是能把纠缠粒子送进千家万户去做成全球网络,谁就能接过这棒接力棒继续把量子力学推向更宏大的应用。