兩位諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者，首次讓量子物理領(lǐng)域的研究向應(yīng)用層面發(fā)展，讓新一代的超級(jí)量子計(jì)算機(jī)的誕生，有了初步的可能
　　2012年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)結(jié)果正式揭曉。10月9日，瑞典皇家科學(xué)院宣布，將2012年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)分別授予法國(guó)物理學(xué)家塞爾日·阿羅什和美國(guó)物理學(xué)家戴維·瓦恩蘭，以表彰他們?cè)诹孔游锢韺W(xué)方面的卓越研究。
　　這兩位物理學(xué)家用突破性的實(shí)驗(yàn)方法，使單個(gè)粒子動(dòng)態(tài)系統(tǒng)可被測(cè)量和操作。他們獨(dú)立發(fā)明并優(yōu)化了測(cè)量與操作單個(gè)粒子的實(shí)驗(yàn)方法，而實(shí)驗(yàn)中還能保持單個(gè)粒子的量子物理性質(zhì)，這一物理學(xué)研究的突破在之前是不可想象的。
　　通過(guò)巧妙的實(shí)驗(yàn)方法，阿羅什和瓦恩蘭的研究團(tuán)隊(duì)都成功地測(cè)量和控制了非常脆弱的量子態(tài)，這些新的實(shí)驗(yàn)方法使他們能夠檢測(cè)、控制和計(jì)算粒子。
　　單個(gè)粒子極難俘獲
　　在基本粒子所處微觀層面上，單個(gè)粒子一方面難以與周圍環(huán)境分離，另一方面是一旦與周圍環(huán)境相互作用，隨即失去量子特性；另外，如果兩個(gè)粒子相互作用，即使兩者分離，互動(dòng)作用會(huì)繼續(xù)存在。瑞典皇家科學(xué)院也認(rèn)為，單個(gè)粒子很難從周圍環(huán)境中隔離觀測(cè)，一旦它們與外界發(fā)生交互，通常會(huì)失去神秘的量子性質(zhì)，從而無(wú)法觀測(cè)到量子物理學(xué)中很多奇特現(xiàn)象。
　　相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，量子物理學(xué)理論所預(yù)言的諸多神奇現(xiàn)象，難以在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下直接“實(shí)地”觀測(cè)和驗(yàn)證，只存在于研究人員的“思維實(shí)驗(yàn)”中。
　　評(píng)委會(huì)認(rèn)定，兩位諾貝爾獲獎(jiǎng)?wù)摺伴_啟量子物理學(xué)實(shí)驗(yàn)新時(shí)代的大門，顯示不必?fù)p毀量子粒子個(gè)體，就可以直接觀測(cè)它們”。
　　兩位獲獎(jiǎng)?wù)叩膶?shí)驗(yàn)方法有很多相似之處，瓦恩蘭困住帶電原子或離子，通過(guò)光或光子來(lái)控制和測(cè)量它們；而阿羅什卻讓原子通過(guò)一個(gè)陷阱，從而控制和測(cè)量被困光子和光的粒子。
　　微觀與宏觀世界有何不同
　　物理世界分成宏觀和微觀兩個(gè)層面，宏觀是人眼能見到，能夠操縱的現(xiàn)實(shí)世界，而微觀層面則由極小無(wú)比的量子構(gòu)成，在微觀世界中的量子，有著宏觀世界無(wú)法想象的特性。
　　對(duì)此，物理學(xué)界有一個(gè)很著名的說(shuō)法：“薛定諤的貓”，是關(guān)于量子理論的一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)的體論。其中，貓相當(dāng)于微觀世界里的量子，可以同時(shí)存在于兩個(gè)不同的狀態(tài)中，如“死”與“活”，只有進(jìn)入宏觀世界時(shí)，這種狀態(tài)才會(huì)被打破。
　　在量子世界中，量子可以同時(shí)處于A地和B地，但在宏觀世界中，一個(gè)人無(wú)法同時(shí)存在于左邊的屋子和右邊的屋子里。
　　目前，獲獎(jiǎng)的物理學(xué)家就在挑戰(zhàn)這種極限，試圖在微觀和宏觀之間掛鉤，物理學(xué)家們的想法是，把微觀的系統(tǒng)盡可能做大，先控制一個(gè)離子的疊加狀態(tài)，然后控制幾個(gè)，再幾十個(gè)，希望有朝一日，能夠足夠大到進(jìn)入宏觀層面。
　　如何在微觀世界“捕粒子”
　　法國(guó)與美國(guó)的這兩位科學(xué)家一同得獎(jiǎng)，是因?yàn)樗麄冇幸粋€(gè)共同性，即能夠操縱微觀世界里的單個(gè)量子。戴維·瓦恩蘭所做的工作，是用激光冷卻帶電的離子，令其處于溫度極低的狀態(tài)，能量也降到最低，這樣，原先能量和狀態(tài)極其不穩(wěn)定的離子就被“囚禁”了，然后就可以用激光操縱這些單個(gè)離子的內(nèi)部狀態(tài)。
　　戴維·瓦恩蘭做的系統(tǒng)稱為“離子井”，就好像把離子陷在井里一樣，目前他在這項(xiàng)研究取得的成果，處于世界最高水平。
　　而獲獎(jiǎng)的法國(guó)科學(xué)家塞爾日·阿羅什則采用了另一種方式，即微波為主，激光為輔的方式來(lái)操縱單個(gè)原子的量子狀態(tài)，其系統(tǒng)被稱為“微波槍”。
　　阿羅什與瓦恩蘭的研究成果能夠檢測(cè)、控制和計(jì)算粒子。以前，粒子被測(cè)量和操作只有理論上能夠辦到。畢竟單個(gè)粒子很難從周圍環(huán)境中隔離觀測(cè)，一旦它們與外界發(fā)生交互，通常會(huì)失去神秘的量子性質(zhì)，使得量子物理學(xué)中很多奇特現(xiàn)象無(wú)法觀測(cè)到。
　　兩位獲獎(jiǎng)?wù)咄ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)，能夠直接觀察單個(gè)粒子卻不對(duì)其產(chǎn)生破壞，開辟了量子物理學(xué)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域的新時(shí)代。
　　量子光學(xué)研究向應(yīng)用發(fā)展
　　量子光學(xué)領(lǐng)域自上世紀(jì)80年代之后開始迅速發(fā)展。塞爾日·阿羅什和戴維·瓦恩蘭兩位獲獎(jiǎng)?wù)咴谶@一領(lǐng)域均研究多年，兩位獲獎(jiǎng)?wù)呤状巫屵@個(gè)領(lǐng)域的研究向應(yīng)用層面發(fā)展，讓新一代的超級(jí)量子計(jì)算機(jī)的誕生有了初步的可能。
　　科學(xué)界認(rèn)為，下一代計(jì)算機(jī)將是建立在量子層面的，它將比傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)容量更大，數(shù)據(jù)處理速度更快。未來(lái)的量子計(jì)算機(jī)，將徹底改變我們的日常生活，實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)今的經(jīng)典計(jì)算機(jī)“史無(wú)前例的超越”。
　　這些研究也在極端精準(zhǔn)的光子鐘領(lǐng)域有著重大貢獻(xiàn)。光子鐘是世界上最精準(zhǔn)的鐘，比目前的最精準(zhǔn)的銫原子鐘還要精確好幾百倍。這種精密測(cè)量技術(shù)將對(duì)未來(lái)的“時(shí)間”概念提出新的標(biāo)準(zhǔn)。
　　這些研究成果還將在航空航天、GPS導(dǎo)航和軍事國(guó)防等領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響?，F(xiàn)今，我國(guó)的量子光學(xué)在某些方面處于世界領(lǐng)先水平，如實(shí)現(xiàn)了量子層面較遠(yuǎn)距離的“瞬間轉(zhuǎn)移”，但采用的技術(shù)總體上還較為簡(jiǎn)單，不過(guò)有些大學(xué)已經(jīng)開始引入“離子井”這樣復(fù)雜高尖端的系統(tǒng)。（摘編自《新京報(bào)》）
　　檔案：
　　塞爾日·阿羅什是法國(guó)人，現(xiàn)居巴黎，1944年9月11日出生于摩洛哥，1971年他從法國(guó)第六大學(xué)獲得博士學(xué)位，現(xiàn)為法蘭西學(xué)院教授兼量子物理學(xué)會(huì)主席，同時(shí)他也是法國(guó)、歐洲和美國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)員。阿羅什的獲獎(jiǎng)，使法國(guó)獲得諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家達(dá)到了55人。阿羅什主要研究領(lǐng)域是量子光學(xué)和量子信息科學(xué)。
　　戴維·瓦恩蘭是美國(guó)物理學(xué)家，1944年出生于美國(guó)密爾沃基。1970年，他從哈佛大學(xué)獲得博士學(xué)位?，F(xiàn)供職于美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院和科羅拉多大學(xué)波爾得分校。瓦恩蘭現(xiàn)為美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院離子儲(chǔ)存組組長(zhǎng)。
　　鏈接：
　　粒子是指能夠以自由狀態(tài)存在的最小物質(zhì)組分。最早被發(fā)現(xiàn)的粒子是電子和質(zhì)子，1932年又發(fā)現(xiàn)中子，確認(rèn)原子由電子、質(zhì)子和中子組成，比起原子，是更為基本的物質(zhì)組分，于是稱之為基本粒子。后來(lái)被發(fā)現(xiàn)的粒子種類越來(lái)越多，累計(jì)已超過(guò)幾百種，且還有不斷增多的趨勢(shì)；此外這些粒子中有些粒子迄今的實(shí)驗(yàn)尚未發(fā)現(xiàn)其有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，有些粒子實(shí)驗(yàn)顯示具有明顯的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。看來(lái)這些粒子并不屬于同一層次，因此基本粒子一詞已成為歷史，如今統(tǒng)稱之為粒