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諾貝爾物理獎頒給糾纏光子實驗 台灣學者：肯定物理的哲學討論可實驗辯證

發稿時間：2022年10月4日

發稿單位：台灣科技媒體中心

今（2022）年的諾貝爾物理學獎授予了約翰·克勞澤（John Clauser）、阿蘭·阿斯佩（Alain Aspect）、安東·塞林格（Anton Zeilinger），以表彰三位學者透過糾纏光子的實驗，確立了違反貝爾不等式的證據和開創性的量子資訊科學。台灣科技媒體中心邀集五位台灣專家解析，專家們表示，此獎項代表了物理領域的哲學討論是可以用實驗的方式，互相辯證的。

成功大學物理系特聘教授陳岳男說，他的學生在奧地利量子光學暨量子資訊研究所（機構縮寫IQOQI）擔任博士後研究員，得知此次物理獎消息非常興奮。陳岳男解釋，他也跟塞林格研究團隊的其中一個小組合作研究量子操縱性，以及如何可以做量子通訊的應用，先前也發表研究與新聞。

陳岳男表示，此理論是從愛因斯坦的古典力學和量子力學的爭論，到透過貝爾不等式驗證，直到1980年代初才有儀器開始嘗試量子糾纏態。陳岳男解釋，所謂的量子糾纏意思是，一端的粒子，對另一端粒子有影響，但影響的速度超越了光速，所以愛因斯坦才認為量子力學的理論不合理，不符合相對論的假設。貝爾的理論則主張，如果違反貝爾不等式，就是說明了量子力學對量子糾纏的詮釋是正確的。

台灣大學物理學系教授管希聖表示，如同陳岳男所說，研究主要頒給量子糾纏從理論、實驗到科技的研究。當初愛因斯坦等學者認為量子力學是一個不完整的理論，後來由克勞澤繼續發展約翰·貝爾的想法，推導出可在實際光學系統從事實驗量測的不等式，1980年代初，阿斯佩做了實驗來驗證違反此不等式，塞林格則是改良阿斯佩的實驗做了更精確的驗證，並使用量子糾纏態的特性從事實驗，做了許多量子資訊科學領域上的研究與應用。

管希聖說，三位得獎者對量子糾纏理論、實驗驗證、以及量子資訊的基礎研究與應用做出十分傑出的貢獻。例如，塞林格實現了第一個「量子遙傳」實驗，也就是在不知道量子的狀態之下，利用量子糾纏的特性，可透過簡單的量測結果，將未知的量子態傳輸到另一端，這是量子力學重要的實驗。塞林格也對不只兩個粒子，而是更多粒子糾纏態的實驗與研究做出重要貢獻。

管希聖也曾經邀請塞林格來台灣演講，可惜因他忙碌沒有來成。管希聖指出，三位得獎者的量子糾纏研究成果，開啟了量子資訊科學的發展與後續開拓性的研究和應用，例如在量子通訊、量子密碼學、量子計算與量子感測等領域上。

管希聖解釋，有些量子力學的現象不是我們古典力學的經驗和法則可以推論出來的，這也是早期量子力學發展的階段，科學家需要互相辯證，也因為有提出量子力學的不完備性爭議，所以才有後續的辯論和驗證，才會知道現在描述微觀的物理世界，要用量子力學來解釋。

清華大學物理系教授牟中瑜表示，這次物理獎的研究，是開啟了量子資訊的發展。牟中瑜說明量子糾纏的意思，可以想像成各帶一個箭頭的兩個質點，當其中一個箭頭向上、另一個箭頭一定向下，或是一個箭頭向右，另一個就一定會向左，兩者會相反，並且與兩質點的距離無關，但同樣的現象，似乎也可以用古典力學中，存在我們不知道的隱藏變數來解釋，貝爾不等式就是用來檢驗這個現象，排除古典力學造成的結果，需要量子力學才能解釋。牟中瑜補充，這些研究替後續的量子科技研究鋪路，得獎者最重要的貢獻是提出可以實現量子糾纏並檢驗糾纏的方式。

牟中瑜指出，量子糾纏一個重要的應用是量子電腦，可以比古典的電腦計算過程更省時間，例如因數分解一個幾百個位數的數字，可以比古典的電腦快百萬倍以上。牟中瑜補充，量子糾纏另一個應用是量子通訊，但短期內要在數百公里之距離以上實現量子通訊，還有需要進一步克服的困難。

中央研究院原子與分子科學研究所研究員陳應誠對此舉例，目前幾十公里內距離的量子通訊已經有在實際應用了。陳應誠說，這次連結了基礎物理的量子力學（波爾、愛因斯坦的辯論），貝爾當初提出一個可以驗證哲學爭辯的方法，也真的推導出一個不等式，再被這次的諾貝爾物理獎得主檢驗。陳應誠也提到，阿斯佩在2014年曾經來台灣大學演講，陳應誠有問他量子的隨機性怎麼來的？阿斯佩回答說量子力學的本質就是隨機。

中央研究院物理研究所研究員陳啟東指出，從應用面的角度和對生活的協助來看，量子糾纏可以做到量子通訊的基礎，它不是5G、6G，而是一種讓人無法竊聽的通訊方式，最常可以應用的就是銀行保密、軍事通訊，再繼續延伸就是量子電腦。量子糾纏是在量子電腦內兩個位元邏輯閘的運作基礎，它與量子重疊是為量子電腦的基石。陳啟東說，這次量子物理理論領域得獎，也證明物理是一個可以驗證理論的過程。

陳應誠也補充，這三位得獎者已經被提名多次，先前也在2010年獲頒2010年沃爾夫物理學獎，這次終於得到諾貝爾獎，實至名歸。

陳應誠認為，量子力學的驗證後續可應用在量子感測、量子密碼、量子計算，甚至讓量子鐘更加的精準。陳應誠補充，經過辯證的歷程，最後是驗證愛因斯坦說量子力學不完備的理論是錯誤的，而量子力學的理論是正確的。

參考文獻：

塞林格研究量子遙傳的文獻：Bouwmeester, Dik, et al. "Experimental quantum teleportation." Nature 390.6660 (1997): 575-579.

Ku, Huan-Yu, et al. "Complete classification of steerability under local filters and its relation with measurement incompatibility." Nature Communications. 4973 (2022)