今天，诺⻉尔物理学奖公布，获奖者是阿兰·阿斯佩（Alain Aspect）、约翰·弗朗⻄斯·克劳泽（John Francis Clauser）、安东·塞林格（Anton Zeilinger），表彰他们通过光⼦纠缠实验，确定⻉尔不等式在量⼦世界中不成⽴，并开创了量⼦信息这⼀学科。以下是来⾃诺奖官⽅的解读。
阿兰·阿斯佩（Alain Aspect）、约翰·弗朗⻄斯·克劳泽（John Francis Clauser）和安东·塞林格（Anton Zeilinger）利⽤突破性的实验，证明了研究和控制处于纠缠态粒⼦的潜⼒。处于量⼦纠缠态的⼀对粒⼦，发⽣在其中⼀个粒⼦上的事情，决定了发⽣在另⼀个粒⼦上的事情，即便它们实际上相距太远⽽⽆法相互影响。今年的获奖者对实验⼯具的开发，为量⼦技术的新时代奠定了基础。
量⼦⼒学的基本原理不只是⼀个理论或哲学问题。⽬前科学界正在进⾏密集的研究和开发，以利⽤单个粒⼦系统的特殊属性来组建量⼦计算机，改进测量，建⽴量⼦⽹络，构建安全的量⼦加密通信。许多应⽤都依赖于所谓的“量⼦纠缠”——即量⼦⼒学允许两个或更多的粒⼦以共享状态存在，⽆论它们相距多远。
⾃量⼦⼒学理论提出以来，这⼀直是争论最多的内容之⼀。爱因斯坦称之为⻤魅般的超距作⽤，薛定谔则说它是量⼦⼒学最重要的特征。今年的获奖者对纠缠的量⼦态进⾏了探索，他们的实验为⽬前正在进⾏的量⼦技术⾰命奠定了基础。
当两个粒⼦处于纠缠的量⼦态时，有⼈测量⼀个粒⼦的属性，就可以⽴即确定对另⼀个粒⼦进⾏等效测量的结果，⽽⽆需检验。量⼦⼒学的特殊之处在于，它等效于那些⼩球在被测量之前没有确定的状态。这就好像两个球都是灰⾊的，直到有⼈看了其中⼀个球⼀眼。在那⼀刻，它会随机确定⼀个状态，⽐⽅说随机显示这个球为⽩⾊。⽽另⼀个球则⽴即变成了与之相反的颜⾊。
量⼦⼒学的纠缠对，可以⽐作⼀台机器，它朝相反⽅向扔出相反颜⾊的两个球。当鲍勃接住⼀个球并看到它是⿊⾊的，他⽴即知道，爱丽丝接到的球是⽩⾊的。在使⽤隐藏变量的另⼀个理论中，这些球⼀直包含着隐藏的信息，知道⾃⼰要显示为什么颜⾊。然⽽，量⼦⼒学说，这些球就是灰⾊的，直到有⼈看它们，其中⼀个随机变成⽩⾊，另⼀个则变成⿊⾊。⻉尔不等式表明，有⼀些实验可以区分上述两种情形。
这样的实验已经证明，量⼦⼒学的描述是正确的。
纠缠的量⼦态有可能成为存储、传输和处理信息的新⽅式。如果纠缠对中的粒⼦以相反的⽅向⾏进，其中⼀个粒⼦与第三个粒⼦相遇，并以某种⽅式使它们产⽣纠缠，就会发⽣有趣的事情。它们会进⼊⼀个新的共享状态。第三个粒⼦失去了⾃⼰的身份，但它原来的属性现在已经转移到了之前那对纠缠粒⼦中落单的那个粒⼦上了。
这种将未知的量⼦态从⼀个粒⼦转移到另⼀个粒⼦的⽅式，被称为量⼦隐形传态。此类实验最早是由安东·塞林格及其同事在1997年率先完成的。
值得注意的是，量⼦隐形传态是将量⼦信息从⼀个系统转移到另⼀个系统⽽不丢失任何部分的唯⼀⽅法。测量⼀个量⼦系统的所有属性，再将信息发送给⼀个想要重建该系统的接收者，是绝对不可能的。
这是因为，⼀个量⼦系统可以同时包含每个属性的⼏个版本，⽽每个版本在测量中都有⼀定的概率出现。⼀旦进⾏了测量，那就只剩下了⼀个版本，也就是被测量仪器读取的那个版本。其他的版本已经消失了，不可能再知道关于它们的任何事情。然⽽，完全未知的量⼦特性可以通过量⼦隐形传态来转移，并完好⽆缺地出现在另⼀个粒⼦中，但代价是这些量⼦特性在原粒⼦中被破坏殆尽。
这⼀进展建⽴在多年的发展之上。它始于⼀个令⼈匪夷所思的⻅解，即量⼦⼒学允许⼀个单⼀的量⼦系统被分割成相互分离的部分，⽽这些部分仍然作为⼀个单⼀的单元⾏事。这违背了所有关于因果关系和现实本质的常规想法。如果没有来⾃其他地⽅的某种形式的信号，⼀个东⻄怎么可能被发⽣在其他地⽅的事件所影响？信号的传播速度不可能超过光速——但在量⼦⼒学中，似乎没有必要⽤信号来连接⼀个扩展系统的不同部分。
爱因斯坦认为这是不可⾏的，并与他的同事鲍⾥斯·波多尔斯基（Boris Podolsky）和内森·罗森（Nathan Rosen）⼀起研究了这个现象。他们在1935年提出了他们的推理：量⼦⼒学似乎并没有提供对现实的完整描述。这被称为EPR佯谬，以三⼈名字的⾸字⺟命名。问题是，是否可能存在⼀个对世界更完整的描述，⽽量⼦⼒学只是其中⼀部分呢？
举例来说，粒⼦会不会总是携带着隐藏信息，来决定它们在实验中显示怎样的结果——这是否可⾏呢？如此⼀来，所有的测量结果显示的都是存在于测量地点的确切属性。这种类型的信息往往被称为“局域隐变量”（local hidden variables）。
在欧洲核⼦研究中⼼（CERN）⼯作的北爱尔兰物理学家约翰·斯图尔特·⻉尔（John Stewart Bell，1928-1990）对这个问题进⾏了仔细研究。
他发现存在⼀种类型的实验，可以确定世界到底是纯粹的量⼦⼒学，还是带有隐变量的另⼀种描述。如果他的实验重复多次，所有带有隐变量的理论都会显示出结果之间的相关性，这种相关性必须⼩于或者最多等于⼀个特定数值。这就是所谓的“⻉尔不等式”。然⽽，量⼦⼒学可以违反这个不等式。它预测的结果之间的相关性数值，要⽐隐变量描述得到的数值更⾼。
20世纪60年代，当时还是学⽣的约翰·克劳泽对量⼦⼒学的基本原理产⽣了兴趣。他⼀读到约翰·⻉尔的想法就⽆法⾃拔，最终，他和其他三位研究⼈员提出了⼀个可以实际操作的实验⽅案，能够⽤来检验⻉尔不等式。该实验涉及朝相反⽅向发送⼀对纠缠的粒⼦。实验中使⽤的光⼦，拥有⼀种被称为偏振（polarisation）的性质。当粒⼦被发射出去时，偏振的⽅向是不确定的，唯⼀确定的是粒⼦都具有平⾏偏振。
这可以⽤⼀个滤镜来研究，这个滤镜只允许朝向特定⽅向偏振的光⼦通过。许多太阳镜也⽤到了这⼀效应，⽤来阻挡在某个特定平⾯上偏振的光，⽐如⽔⾯的反射光。
如果实验中的两个粒⼦都被送往朝向同⼀个平⾯（⽐如垂直⽅向）的滤镜，其中⼀个通过滤镜，那么另⼀个也会通过。如果滤镜⽅向彼此成直⻆，那么⼀个粒⼦会被阻⽌，⽽另⼀个粒⼦会通过滤镜。
实验的诀窍是，在不同⽅向上以倾斜的⻆度设置滤镜进⾏测量，如此⼀来结果就会有所不同：有时两个粒⼦都会通过，有时只有⼀个通过，有时⼀个都过不去。两个粒⼦有多⼤概率全都通过滤镜，取决于滤镜之间的⻆度。量⼦⼒学带来了测量之间的相关性。⼀个粒⼦通过滤镜的可能性，取决于实验装置另⼀侧那块滤镜的⻆度，⽽后者是拿来测量其伙伴粒⼦的偏振⽤的。
这意味着，在某些⻆度上，两个测量的结果违背了⻉尔不等式，相⽐受隐变量⽀配的结果，以及在粒⼦发射时已经预先确定的结果，量⼦⼒学具有更强的相关性。
约翰·克劳泽⽴即开始着⼿进⾏这⼀实验。他建造了⼀个仪器，每次发射两个纠缠在⼀起的光⼦，每个光⼦都射向⼀个滤镜，测试它们的偏振。
1972年，他和博⼠⽣斯图尔特·弗⾥德曼（Stuart Freedman，1944-2012）⼀起，展示了⼀个结果，明显违反了⻉尔不等式，并与量⼦⼒学的预测⼀致。在随后的⼏年⾥，约翰·克劳泽和其他物理学家继续讨论该实验及其局限性。其中⼀个局限性是，该实验在产⽣和捕获粒⼦时，总体上效率低下。测量也是预先设定好的，滤镜被设置在固定的⻆度。
因此，实验存在漏洞，观察者可以对结果提出质疑：会不会是实验装置以某种⽅式选择了碰巧有强烈相关性的粒⼦，⽽没有检测到其他粒⼦？如果是这样的话，那这些粒⼦就仍然可能携带着隐藏的信息。要弥补这⼀漏洞是很困难的，因为纠缠在⼀起的量⼦态极其脆弱，难以处置；⽽实验⼜必须要处理单个光⼦。法国博⼠⽣阿兰·阿斯佩没有被吓倒，他建⽴了⼀个新版本的装置，并在⼏次反复中进⾏了完善。
在他的实验中，他可以记录通过滤镜的光⼦和没有通过的光⼦。这意味着检测到更多的光⼦，测量结果也更好。
在最终版本的实验中，他还有能⼒将光⼦引向设置在不同⻆度的两块不同的滤镜。巧妙之处在于，在纠缠光⼦对产⽣并从源头发出后，还有⼀个装置可以切换它们⾏进的⽅向。滤镜相隔只有6⽶，因此切换必须在⼏⼗亿分之⼀秒内发⽣。如果光⼦会抵达某个滤镜的信息，从源头上影响了它如何发出的⽅式，那它将⽆法抵达那块滤镜。
同样，实验装置中与⼀边的滤镜有关的信息，也⽆法传到另⼀边并影响那⾥的测量结果。通过这种⽅式，阿兰·阿斯佩弥补了⼀个重要的漏洞，并提供了⼀个⾮常明确的结果：量⼦⼒学是正确的，不存在隐藏的变量。
诸如此类的这些实验，为当前量⼦信息科学的深⼊研究奠定了基础。有能⼒操纵和管理量⼦态及其所有层次的特性，使我们能够获得具有意想不到潜⼒的⼯具。这就是量⼦计算、量⼦信息的传输和存储，以及量⼦加密算法的基础。具有两个以上的粒⼦、且所有粒⼦都纠缠在⼀起的系统，现在已经投⼊了使⽤，⽽安东·塞林格及其同事是第⼀个探索这些系统的⼈。
这些⽇益完善的⼯具使现实的应⽤越来越近。纠缠的量⼦态现在通过光⼦，已经可以在⼏⼗公⾥的光纤之间，甚⾄卫星和地⾯站之间传送。在很短的时间内，世界各地的研究⼈员已经找到了许多新的⽅法，来利⽤量⼦⼒学这⼀最强⼤的特性。第⼀次量⼦⾰命给我们带来了晶体管和激光器，⽽现在，多亏了操纵纠缠粒⼦系统的⼯具，我们正进⼊⼀个新世代。