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解读2012年度诺贝尔物理学奖

科学时报?? 2012年10月11日 ?? 收藏0
10月9日,同为68岁的法国科学家塞尔日·阿罗什与美国科学家大卫·维因兰德分享了2012年诺贝尔物理学奖。他们的突破性研究,让原本神秘的量子世界不再“与世隔绝”。

与人们熟知的世界截然不同,自然界还存在着另类世界,被称为量子世界。在量子世界中,粒子行为不遵从经典物理学规律,人类对量子的观测更是难上加难。

而通过巧妙的实验方法,阿罗什和维因兰德的研究小组成功地实现对单个量子系统的测量和控制,颠覆了之前人们认为的其无法被直接观测的看法。

提高人类对物质的操控能力

“这是两种开创性的技术,后来都发展成为量子研究领域新的研究手段和实验技术。” 中科院院士、中科大量子信息重点实验室主任郭光灿在接受《中国科学报》记者采访时说。

阿罗什的工作是打造出一个微波腔,借助单个原子在微波腔中会辐射或吸收单个光子的特性,实现了操纵单个光子。而维因兰德则制造出了一个离子阱,先用光来俘获离子,然后用激光冷却离子,进而对离子进行测量和控制。

“在科学上,他们的研究标志着人类对物质的操控能力大大提高了。”中科院院士潘建伟在接受《中国科学报》记者采访时评价,“具备这一能力后,量子计算和精密测量便有了变为现实的可能性。”比如,用于制造卫星导航、飞机上GPS所需要的精确时钟。

山西大学量子光学与光量子器件国家重点实验室教授张天才对《中国科学报》记者说,这些实验方法在单原子、单离子和单光子的水平上深刻地揭示了微观量子世界的许多奇异性质,开辟了操控和测量单量子系统的方法,在精密测量、量子信息和量子控制中具有重要应用。

与获奖科学家有合作

2000年,郭光灿和学生在《物理评论》上发表了一篇理论文章,阿罗什很快发现了这篇文章,并在2001年用此次获奖的实验方法证明了这个理论。

“实验成功之后,阿罗什在发给我的一封电子邮件中说:‘很高兴在实验上把你们的方案做出来。’”郭光灿告诉记者,后来,他的学生还有两篇理论文章同样被阿罗什小组用实验证明。随后,这名学生还被阿罗什邀请去法国访问学习了一段时间。

张天才说,国内最近几年也有若干大学和研究机构开展了单量子系统操控和腔量子电动力学方面的理论和实验研究,并取得了重要进展。“国内很多从事量子光学研究的单位与阿罗什所在的法国巴黎高师有多年的密切合作交流关系。”

提到两位获奖的科学家,潘建伟称,他在奥地利留学时便结识了阿罗什。“他是一位温文尔雅的科学家,而维因兰德则更具备美国西部牛仔的气质。”

中国更需原创

“目前,国家自然科学基金委和科技部都有相关项目支持这方面的理论和实验研究。”张天才告诉记者。

近年来,我国科学家在整个量子信息领域的研究都取得了长足进步。今年6月,潘建伟团队在国际上首次成功实现百公里量级的自由空间量子隐形传态和纠缠分发,为发射全球首颗“量子通讯卫星”奠定了技术基础。

不过,在探讨到两位获奖科学家的成就时,中科院院士孙昌璞对《中国科学报》记者直言:“在量子研究领域,目前中国的实验水平已经很高了,但相比两位获奖者的成果,因为中国用的都是商业化设备,所以在实验方法和技术上,很难有真正原创性的创新。”

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光子? 量子? 诺贝尔物理学奖? 离子?

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