2022年10月4日，备受瞩目的诺贝尔物理学奖结果正式揭晓。该奖项授予法国科学家阿兰·阿斯佩、美国科学家约翰·克劳泽以及奥地利科学家安东·蔡林格，以表彰他们在“纠缠光子实验、验证贝尔不等式违反以及开创量子信息科学领域”方面作出的卓越贡献。

这一消息公布后，“量子纠缠”立即成为网络热搜焦点，迅速登上榜首。紧随其后的，是物理学这一深奥领域所激发的广泛公众讨论。各大媒体使出浑身解数，用各种生动的比喻来阐释量子纠缠的奥妙；而网络段子手则调侃道，诺贝尔奖也学会了“遇事不决，量子力学”的套路；更有不少人士感慨科学的尽头是玄学，并借此对人生、宇宙和未来展开了长篇大论的哲学思考。

浏览这些信息后，人们很容易产生一种印象：今年的诺贝尔物理学奖，仿佛授予了一项极其神秘、宏大且不可思议的发现。而量子纠缠的下一步，似乎就是时空旅行、心灵感应或探索四维空间。

被神秘与遥远的事物所吸引，确实是人类的天性。然而，在畅想量子纠缠的“诗与远方”时，许多人可能忽略了一个关键事实：本次获奖的三位科学家，并非量子纠缠现象的最初发现者，甚至其核心工作领域也并非理论物理。

与量子纠缠概念本身自带的神秘和超现实光环不同，这三位诺贝尔奖得主的主攻方向是极其务实且严谨的实验物理学。在数十年间，他们通过一次又一次的重复实验，使人类对量子纠缠的认识获得了虽然缓慢但却坚实的推进，并最终开创了量子信息科学这一全新的应用领域。

“祛魅”一词，意指科学知识中神秘性、神圣感和魅力的消解。用它来描述人类对量子纠缠的认知历程，再贴切不过。在听够了各种关于量子纠缠的“奇幻传说”后，不妨换一个最朴素的角度——从实验出发，重新梳理这段历史。这段历史所讲述的并非“科学的尽头是玄学”，而是“科学终将解释更多”，以及“实验精神终将取得胜利”。

争论起源：微观世界与EPR佯谬

先来了解一些宏观背景。如今，关于量子世界、时间与空间的高谈阔论随处可见，但这其实并非新鲜事，一百年前的情况也大抵如此。19世纪末，经典物理学获得了巨大发展，学界和社会舆论都开始将目光转向量子系统。进入20世纪初，量子力学的理论解释工作逐步推进，伴随着全球的关注，该领域的争议与讨论也变得日益丰富和多元。

量子纠缠这一概念的争议，正是源于这场被称为“世纪之争”的量子物理大辩论。量子纠缠是一种微观世界中极为奇特的量子力学现象：处于纠缠状态的两个量子，无论相隔多远，都会保持某种关联性。这一明显违背经典物理学直觉的设想，最初其实是以一种“悖论假说”的形式被提出的。

1935年，正在与以玻尔为代表的哥本哈根学派进行激烈争论的爱因斯坦，联合了罗森和波多尔斯基，共同发表了一篇题为《物理实在的量子力学描述能否被认为是完备的？》的论文。后人以三位作者姓氏的首字母将其命名为“EPR”论文。在这篇文章中，爱因斯坦对玻尔等人的量子力学构想提出了质疑，他认为一个粒子只能在局部拥有其所有特性并决定所有测量结果。如果量子系统真的存在强关联态，那么这种关联要么会以超光速发生——这显然违背了相对论，要么就说明当时的量子力学构想本身存在漏洞，缺少了某些“隐藏变量”或“前置条件”。这个悖论，就是著名的“EPR佯谬”。

由于EPR佯谬是以“思想实验”的形式提出的，因此玻尔在回击时，也主要从思想实验的实验条件不充分、观测手段与方法存在偏差等角度着手。我们无意也无力对具体的物理学命题进行深入探讨，但不难发现，最初关于量子纠缠是否为悖论的争论，其核心焦点就在于“实验是否可行”，以及实验的前提条件、观测手段如何确立。这场量子力学的世纪论战，并非许多人想象中的“华山论剑”或“破解珍珑棋局”，而是始于实验，聚焦于实验条件是否成立、实验结果是否可信、实验过程能否重现。简而言之：“做个实验”——这也成为了此后几十年量子纠缠探索的真正主题。

实验检索：光子纠缠与证伪贝尔不等式

要在实验中验证量子纠缠是否成立，物理学界首先需要两项最基础的东西：实验介质和实验标准。

关于“用什么来证明量子纠缠”的问题，物理学家约翰·惠勒在1946年找到了答案：用光。光是一种具有振动方向的波动传导，自然界中的光往往是各种随机光线的混合。但如果通过特定的实验手段，将光的振动方向限制在单一方向，形成“偏振光”，就可以对光的振动进行观测。光子纠缠易于操作和观察，实验结果受其他因素干扰较小，因此成为了此后研究量子纠缠的主要实验手段。惠勒认为，按照量子力学的理论框架，正负电子对湮灭后生成的一对光子应该具有不同的偏振方向。到了1950年，著名华裔女科学家吴健雄宣布成功实现了光子纠缠实验，生成了历史上第一对偏振方向相反的纠缠光子。从那一刻起，关于量子纠缠的实验探索正式启程，至今已走过七十余年的历程。

有了实验方法，下一个问题是“实验标准”：如何确认量子纠缠效应真的可以跨越距离限制？这便涉及到1964年英国物理学家约翰·贝尔提出的以其名字命名的数学不等式——贝尔不等式。贝尔提出，如果存在隐藏变量，那么大量测量结果之间的相关性将永远不会超过某个阈值；而如果量子纠缠的真实情况符合量子力学的理论预测，那么实验结果就会违反贝尔不等式，粒子之间会展现出更强的相关性。

从这里开始，2022年诺贝尔物理学奖得主们正式走到了舞台中央。

1972年，约翰·克劳泽进一步发展了贝尔不等式的思想，并进行了实际的量子纠缠实验。该实验通过一次发射两个纠缠光子，每个光子射向一个用于检测偏振的滤光片，从而观察光子纠缠的情况。实验结果确实违反了贝尔不等式，与量子纠缠的设想一致。然而在当时，这个实验引发了大量质疑，甚至曝出不少“漏洞”，例如在制备和捕获粒子方面效率低下、测量方式存在偏差、纠缠粒子之间的距离过小等，导致结果的说服力不足。面对重重挑战，克劳泽教授始终坚持光子纠缠的实验方向，并不断改进实验方案，最终证明了量子纠缠的超远距离干涉确实真实存在。

除了克劳泽，其他研究者也在积极探索证伪贝尔不等式的实验。1982年，另一位诺奖得主阿兰·阿斯佩等人改进了克劳泽的实验方法：在纠缠粒子离开发射源后，通过快速切换测量设置的方式，确保粒子制备方法不会影响实验结果。1998年，第三位诺奖得主安东·蔡林格等人在奥地利因斯布鲁克大学完成了贝尔定理实验，通过多粒子纠缠态的实验，彻底排除了“定域性漏洞”，以决定性的实验结果证明了量子纠缠的真实存在。同时，蔡林格团队的多粒子实验也为量子通信和密码学打开了诸多可能性。1997年，其团队完成了量子隐形传态的原理性实验验证，为量子信息学奠定了重要基础。2015年，安东·蔡林格团队又完成了“无漏洞”的贝尔不等式实验验证。

在长达50年的时间里，一次又一次的实验探索，最终呈现出一个清晰的结论：所有实验都证伪了贝尔不等式，转而支持量子力学对微观世界的法则构想。直到这时，我们才真正明白——量子纠缠，确实是真实存在的物理现象。

持续探索：进入新世纪的大型实验

在基础方法和基础结论确立之后，量子纠缠的科学价值变得愈发清晰。科学界的好奇心，也从“量子纠结算不算数”转向了“我们能否控制量子纠缠”，以及“能否通过量子纠缠窥探充满未知的微观世界”。在这个过程中，不断产出的量子纠缠实验成果，如同许多科学发展一样“沿途下蛋”，为量子信息学这一应用学科打开了广阔的发展空间。

激光的发展和应用，成为了探索光子纠缠的主要路径——这也是为什么我们看到许多量子实验设备都与激光紧密相连。通过激光脉冲，光子纠缠现象能够被更精确、更高效地控制和观察。多粒子纠缠态的研究与探索成为了学界主流，造价昂贵、高度精密的量子实验设备也登上了历史舞台。随着量子纠缠实验的价值越来越明确，其带来的量子信息学产出更加充沛，而实验成本也在不断攀升。量子纠缠，开始成为国家科技竞争的焦点，以及科技战略的重点倾斜方向。近期，大量媒体都在讨论中国在量子纠缠领域处于世界第一方阵，其价值和意义正在于此。

2012年，著名的潘建伟小组首次实现了八光子纠缠，并成功将该技术应用于拓扑量子纠错和百公里级量子隐形传态实验。2010年，美国加州理工学院研究团队实现了4个量子接口之间的纠缠。之后，清华大学段路明团队通过光束复用技术，在实验中实现了25个量子接口之间的量子纠缠。至此，量子加密、量子网络等量子信息学成果开始步入新的发展阶段。

2017年，潘建伟团队利用“墨子号”量子卫星完成了全新的量子通信试验，实现了1200公里的通信距离。卫星量子诱骗态光源平均每秒发送4000万个信号光子，极大丰富了量子通信的实验手段，也为量子通信走向实际应用奠定了新基础。

除了光子纠缠，利用超导微波诱发量子纠缠是另一种目前主流的实验思路，也是通用型量子计算机的主要探索方向。2018年，芬兰阿尔托大学教授麦卡·习岚帕团队对两个独自振动的鼓膜进行了量子纠缠，两个鼓膜持续互动了约30分钟。关于量子纠缠的实验从未止步，就在今年8月，《自然》杂志还发布了德国团队实现14个光子有效纠缠的研究成果。

量子，并不代表神秘莫测的未知。只有实验——更精密、更丰富、更多元的实验，才能让量子纠缠走下神坛，来到人间。

应用黎明：从量子纠缠到量子通信、量子计算

距离第一次光子纠缠实验，已经过去了七十年。虽然在大众舆论中，我们仍然有许多关于量子力学的“祛魅”工作要做（今天的量子就像曾经的电一样，包含许多反常识之处），但在产学衔接的端口，量子纠缠数十年的实验探索已经产出了实际的应用成果。其中为大众所熟知的，就是量子通信和量子计算。

一部分技术直接利用了量子纠缠本身的并发特性来实现目标。例如，目前的量子通信主要是通过量子加密的方式来提升信息安全水平，但也有一些量子信息科学成果与量子纠缠的实验进程密不可分。例如光量子计算机，就充分应用了激光导致光子纠缠的实验现象。目前IBM、谷歌等公司在探索的通用量子计算机，也与量子纠缠实验中的超导传递、绝对低温环境等发现紧密关联。

在今天，我们已经看到了量子应用的一点点曙光——尽管仍然遥远，但可以确定的是，一旦达到某种临界点，量子信息学将对现有的信息科学产生不可逆转的巨大影响。

当然，利用量子纠缠无视距离界限传递信息的“真·量子通信”还很遥远。目前开始探索应用的量子通信，主要集中于信息加密与解密手段。而更受期待的量子计算，依然无法摆脱计算任务有限、对环境温度等条件要求苛刻、造价巨大等限制。过去我们常说一个有趣的现象：每一到两年，就会有公司宣布实现了“量子霸权”，即量子计算机超越经典计算机，但每次所谓的“霸权”都难以自圆其说，无法获得业界公认。

无论如何，量子纠缠已经有一条支脉从实验室走出来，走向了充满更多挑战的产业世界。在大环境下，发展量子计算机、建设大型量子计算设备，已成为科技巨头的兵家必争之地，甚至成为国家科技竞赛的关键。同时，量子加密、量子模拟、量子深度学习等产业不断发展，正在为量子与现实世界之间的“纠缠”带来更多机遇，吸引更多人才。

我们曾采访过许多量子科学与量子计算领域的专家，他们普遍认为，量子科学在今天需要更多的科普工作，需要号召更多年轻人加入这个学科。一方面，舆论反复渲染量子科学“高深莫测”，甚至污名化地搞出量子鞋垫、量子速读等骗局，会让不少学生对量子学科产生担忧和畏惧，不看好就业前景，从而导致学科人才流失。另一方面，社会上的各路“大师”和社交媒体上的“大神”，不遗余力地发表各种“量子高论”，实际上与量子科学毫无关系。这很容易让一个刚刚燃起希望火花的方向，蒙上太多不必要的阴霾。

如果大家真的关心量子纠缠，不妨多读一些科普内容，多关注各大科研机构、科技企业的量子技术布局。千万不要受诺贝尔奖新闻的影响，跑去“量子XX”贴吧，读一些民间高手的奇谈怪论——那些内容过于离谱。不是所有东西都要归结到玄学、时空、佛性、四维空间、多元宇宙上去。科学世界也没有“遇事不决，量子力学”。量子纠缠的探索，恰恰是“实验精神”的胜利，是人类用理性战胜未知的胜利。

坐而论道、空谈玄理是一种快乐，甚至可以说是人的本性。但这最多能丰富一下业余生活、结交三五知己。真正推动科学进步的，是实验精神与专业分工，是数十年如一日的艰苦探索，是不断提出证伪、寻找漏洞、拓展手段、夯实结论的过程。实验精神终将胜利，我们终将像面对电能和计算机一样面对量子世界。抵达终极的唯一方法就是——让终极成为旅途的一部分。