2012年诺贝尔自然科学奖解读_新闻台

　　在近日中国科协主办的第十九期“科学家与媒体面对面”活动中，三位相关领域的专家解读了2012年的诺贝尔物理、化学及生理医学奖。这些获奖者因何而得奖？他们的工作对我们的现实生活有何意义？在莫言成为有史以来首位获得诺贝尔文学奖的中国籍作家后，自然科学的哪个领域最有可能出现第一个获得诺贝尔奖的中国籍科学家？请看本报记者发回的报道。

　　中国科学技术大学教授郭光灿院士

　　量子调控:开启微观世界新纪元

　　记者：法国科学家塞尔日·阿罗什(Serge Haroche)与美国科学家戴维·瓦恩兰(David Wineland)获得2012年诺贝尔物理学奖，请解读一下他们的获奖成果？

　　郭光灿：2012年诺贝尔物理学奖给了两位科学家，一位是法国的阿罗什，第二位是美国的瓦恩兰，诺贝尔奖对他们的评价是，在实验方法上的基础性突破，使得单量子操作和单量子测量成为可能。这个评价非常简短，但是非常中肯，关键词是实验方法，这个实验方法不是一般的实验，而是基础性的突破。另一个关键词是单量子。

　　我们的世界叫经典世界，满足牛顿力学的经典物理，特点是确定性，轨道确定、位置确定。当尺度小到微观领域时，这个世界叫做量子世界，不再是确定的了,而是呈现概率性。今年两位诺奖获得者的工作性质是瞄准微观世界的量子调控。这是一个新领域。

　　法国的阿罗什把单个光子囚禁在光腔里，再往腔里放单个原子，使单个原子和光子相互作用，通过腔的损耗来调控它们的状态。1996年，他已经调控到原子在一个光子作用下，原子的状态会上下跳，好像来回跳舞。这证明光子是量子的。另外他做了光子和里德堡原子的纠缠。把里德堡原子和光子纠缠，用消相干的过程来观察原子状态发生的变化，并实现光子数的态和原子的受控位相门，是量子计算的一个基本原件，他在这个实验上演示出来了。

　　美国的瓦恩兰做的工作是把单个离子囚禁在一个阱里面，再把它冷却到非常低的温度，用激光操控离子的状态。两个人做的都是单一量子体系的操控和测量，但一个是原子另一个是离子。瓦恩兰首次用实验设备让两个离子纠缠起来，最后扩充到四个离子纠缠，证明这个办法可以让更多离子纠缠，导致量子计算的产生。后来他还把单离子的量子操控门做出来，实现远程离子之间量子态的传送。以前人们用光子把一个量子信息从一个地方传到另一个地方，信息载体不传过去叫做量子隐形传态，这个传态是幽灵般的操控，2004年，他用离子的办法在实验上做成了量子隐形传态。

　　记者：他们的工作已经产生的最重要应用是什么？

　　郭光灿：阿罗什开创的实验方法在其后的量子处理器和量子力学基本性质的实验研究方面获得应用；瓦恩兰开创的实验方法已成为量子计算的重要途径，更有应用价值的是提高了时间标准的精度，他们将时间精度提高到十的负十八次方秒，是目前最高的精度。

　　记者：2000年，您和学生在《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。能否解释一下这个理论？

　　郭光灿：按阿罗什最初提出的方法做单个原子和单个光子纠缠，碰到的困难是腔有损耗，光子在里头待不住，如果要呆住，腔要做得非常好，没有泄露，但当时的技术根本做不出来，所以这个方案虽然很理想，但做不下去。我们提了一个新的理论方案，用非共振的两个原子做，不需要腔非常好，现有的腔就可以做出来。我们证明这个方案还可以做两个原子纠缠，可以做受控非门，可以做量子隐形传态。这篇文章到现在已经被引用600多次。

　　第一个在实验上把我们这个理论方案做出来的就是得诺贝尔奖的阿罗什，他做出来以后给我发E-mail说，“我们在实验上验证了你们的理论”。