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解開愛因斯坦謎團！3位諾貝爾物理學獎得主，做了什麼？

2022年諾貝爾物理學獎得主：阿蘭・阿斯佩、約翰・克勞澤、安東・塞林格。 (來源：Nobel Prize官方臉書粉專)

撰文者：生川曉

日經中文 2022/10/06

摘要

1.2022年諾貝爾物理學獎由阿蘭・阿斯佩、約翰・克勞澤、安東・塞林格等3人獲獎，肯定他們對量子力學的貢獻。

2.量子力學與愛因斯坦的相對論是現代物理學基礎。但20世紀初期的科學家無法理解其中「量子糾纏」的原理，直到21世紀才掌握其特性，應用在量子計算機等技術中。

3.量子計算機將為許多產業帶來創新，日本國內的知名企業紛紛展開研究，為將量子計算機投入應用，以期創造上千億的市場價值。

法國巴黎綜合理工學院的阿蘭・阿斯佩（Alain Aspect）教授等3名歐美研究人員榮獲2022年諾貝爾物理學獎。他們為全球的「量子革命」技術創新開闢道路，量子力學的研究對半導體、化學和製藥等現代科學而言，都不可或缺的。借助3人的研究，量子計算機作為新一代高速計算的技術，已迎來開花結果之時。

Google等量子計算機在全球取得研發進展（Google的模型）。 (來源：日本經濟新聞社)

與阿斯佩一同獲獎的，還有在美國加利福尼亞大學柏克萊分校從事研究工作的博士約翰・克勞澤（John F. Clauser）、奧地利維也納大學的名譽教授安東・塞林格（Anton Zeilinger）。

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量子力學與愛因斯坦相對論，一起構成現代物理學基礎。量子指的是物質和能量的極小單位，代表性物質是原子、電子和光子（光的顆粒）。在20世紀前半期，人類逐漸掌握量子的特殊性質和運動原理，為研究化學反應機制及半導體技術發展做出巨大貢獻。

在量子力學中，懸而未決的課題是被稱為「量子糾纏」的奇妙特性。「量子糾纏」指的是具有連動性、關係猶如雙胞胎的2個粒子。例如：電子具有「自旋」（Spin）的磁性，觀測成對電子其中之一的自旋運動如果是「向上」，另一個電子便同時會自動「向下」。

愛因斯坦將這種看不見的牽引線稱為「幽靈般的超距作用」，並抱持否定看法，認為這是不可能的。在1935年，他與2名聯合研究者發布論文，主張知名的「EPR悖論」。

直到操控和觀測量子技術發達的20世紀後半期，愛因斯坦提出的謎團慢慢露出真相。1964年驗證EPR悖論的計算公式問世後，對約翰・克勞澤和阿斯佩等人的實驗研究對證明「量子糾纏」存在發揮重要作用。

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隨著全球研發量子力學競爭激烈，「量子糾纏」的特性已成為量子技術不可或缺的基礎。其中的典型應用如：技術迅速發展的量子計算機，2019年Google量子計算機以3分鐘左右的時間，就解答出先前最尖端的超級計算機，要花1萬年才解決得了的問題。「量子糾纏」是高速計算的根基，同時也克服計算過程中最大的難題「錯誤」，成為發展關鍵。