关于诺贝尔物理学奖的三个问题：专访量子通信专家

上周，瑞典科学院宣布约翰·克劳泽、阿兰·阿斯佩和安东·塞林格因"纠缠光子实验、验证贝尔不等式 violation 和开创量子信息科学"获得诺贝尔物理学奖。

当两个量子子系统（粒子、原子或分子）处于"纠缠"状态时，对一个子系统的测量会与另一个子系统的测量结果相关联。克劳泽、阿斯佩和塞林格研究的实验设置——其中纠缠的量子子系统被远距离分离——与现代量子网络中使用的技术密切相关。量子网络的首个应用很可能是量子密钥分发，双方通过交换私有加密密钥，并利用量子纠缠确保通信信道未被窃听。

在瑞典科学院宣布获奖结果之际，某机构科学栏目就三位获奖者的工作及其对量子网络领域的影响，采访了某中心量子网络项目负责人安提亚·拉马斯-利纳雷斯。

问题一：克劳泽和阿斯佩获得诺贝尔奖的实验挑战了"隐变量假说"。什么是隐变量假说？他们的实验是什么？

在量子力学诞生初期，当人们开始研究这个能成功预测原子光谱等现象的理论时，爱因斯坦和玻尔这两位20世纪初物理学巨擘就理论内涵展开了长达数年的争论。核心问题在于，量子系统存在固有随机性：即使以完全相同方式制备两个系统，测量结果也会出现根本性差异，这与传统物理理论的认知相悖。

爱因斯坦通过设计思想实验指出：如果两个纠缠子系统被远距离分离，对其中一个的测量会瞬间影响另一个，这似乎违背了相对论。他认为必然存在某种"隐变量理论"能解释这种关联性和表面随机性。

直到1960年代，约翰·贝尔提出了简洁而优美的定理：通过特定关联测量序列，若结果低于某阈值则可能存在隐变量理论，若高于阈值则证明量子力学无法用隐变量解释。克劳泽和阿斯佩在1970-1980年代通过实验验证了贝尔不等式，塞林格则利用纠缠实现了量子隐形传态、纠缠交换等突破性实验。

问题二：这些研究与量子网络有何关联？

在量子网络中，双方首先共享纠缠粒子。两端的测量结果具有完美关联性，但若有恶意方尝试中途测量，关联性就会被破坏且能被合法方检测到。这源于量子力学的不可克隆定理——未知量子态无法被完美复制，任何复制尝试都会改变原始状态。

双方通过经典通信通道比对部分测量结果（例如随机抽查第1、3047个数据），若关联性符合量子理论预测，即可确认通信未被干扰。虽然他们共享的不是消息本身，而是通过纠缠粒子测量获得的关联随机数，但这正是对称加密密钥所需的核心要素——随机性和私密性。

问题三：距克劳泽实验已过去50年，期间人们对这些问题的认知发生了哪些变化？

最令人兴奋的进展是：纠缠已从量子系统中令人不安的特性（甚至哲学问题）演变为量子技术的基础资源。阿斯佩曾表示，在其博士研究期间，从事物理基础研究被视为"职业杀手"，而现在我们从事的是"纠缠工程"——某中心的量子工程团队专门从事纠缠资源的生成、传输和测量工作。这种从理论探索到工程应用的转变，标志着量子技术的根本性演进。

（根据某机构科学栏目对量子网络专家的采访内容整理）