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2022-12-01持續不斷的好奇心引領量子研究 量子糾纏 636 期

Author 作者 李哲明/任教於成功大學工程科學系,研究專長為實驗糾纏光子與量子資訊處理。

Take Home Message
• 克勞澤與弗里德曼使用鈣原子在特殊雷射光的激發後產生糾纏光子,並以濾波器測量光子的極化,證明糾纏光子的量測結果違反貝爾不等式。
• 阿斯佩經過一系列實驗,記錄透過濾波器的光子和沒有透過濾波器的光子,因此檢測到更多的光子並提高了測量效果。
• 塞林格透過將雷射照射在特殊的晶體上更簡易地產生糾纏光子對,更利用此類糾纏光子的產生方式,實現了多項糾纏光子的重要應用。

今(2022)年諾貝爾物理獎共同頒發給法國物理學家阿斯佩(Alain Aspect)、美國理論和實驗物理學家克勞澤(John Clauser)、奧地利物理學家塞林格(Anton Zeilinger),以表彰他們在「糾纏光子(photon entanglement)實驗中確立結果違反貝爾不等式,並開創量子資訊科學」的貢獻。量子糾纏(quantum entanglement)是什麼?如何促使三位得獎者都使用量子糾纏態完成突破性的實驗,又如何促進量子力學更深入且廣泛地應用於量子計算、量子通訊、網路等量子資訊科技之中?

►得獎者►

量子研究好奇心的起點

2005 年5 月,夏日的維也納充滿了濃厚的物理氛圍。除了紀念理論物理學家愛因斯坦(Albert Einstein)的四篇重要論文發表100 週年所舉辦的系列講座外,重頭戲是月末所舉辦的「量子物理會議」(Quantum Physics of Nature)。這個會議邀請的講者都是研究與量子糾纏相關課題的頂尖研究者,與會成員也包括今年物理獎得主阿斯佩與塞林格(圖一)。17 年前仍是博士生的筆者躬逢其盛參與了這場會議,期間內參觀了塞林格在維也納大學(University of Vienna)的實驗室,看到了當時最先進的糾纏光子量子計算實驗裝置,當糾纏在一起的神奇光子被製造出來、有了嶄新具體的用途時,心神嚮往不已。

圖一:塞林格為筆者在他的著作《量子資訊的物理》(The Physics of Quantum Information)扉頁上留下的問候語。(作者提供)
 

一年後筆者極其幸運地加入了塞林格的學生、中國物理學家潘建偉在德國海德堡大學(University of Heidelberg)的實驗團隊,在潘建偉的指導下再次看到相似的實驗場景。這次參與實驗時內心的澎湃一直延續至今,且自己也建立了多光子糾纏實驗室,現在更可以深刻體會塞林格所說:「當年輕人意識到我們正在做的事情有多有趣時,可以看到他們眼中的興奮。對我自己來說,這只是好奇心。」

不過,激起這股好奇心的原點是什麼?……【更多內容請閱讀科學月刊第636期】