为什么量子理论就像魔法（爱因斯坦在这个领域应得到更多认可）

诺贝尔奖得主阿兰·阿斯佩对量子纠缠的“怪异”研究探索了现实对我们玩弄的把戏，并且是基于一位物理学伟人的想法。

阿兰·阿斯佩（Alain Aspect），1947年6月15日出生于法国阿让，法国物理学家，2022年诺贝尔物理学奖得主，法国科学院院士，法国技术科学院院士，美国国家科学院外籍院士，奥地利科学院国外通讯院士，美国光学学会会士，美国物理学会会士，欧洲光学学会会士，巴黎萨克雷大学光学研究生院教授，巴黎理工学院和法国国家科学研究中心的名誉研究主任。

阿兰·阿斯佩在量子力学方面的非传统训练给了他一个开放的心态——这导致了他获得诺贝尔奖的发现。

 《爱因斯坦与量子革命》 阿兰·阿斯佩 芝加哥大学出版社（2024年）

法国物理学家阿兰·阿斯佩是“量子纠缠”领域的先驱——这是亚原子粒子之间的量子属性连接，即使在光速信号无法传播的距离上也能保持。他因这项工作分享了2022年的诺贝尔物理奖，这项工作是量子计算机和其他技术的基础。

随着他的关于量子力学基础的书籍发布，巴黎-萨克雷大学和巴黎综合理工学院的阿斯佩告诉《自然》杂志，他为何认为物理学与魔法之间存在相似之处，为什么爱因斯坦没有得到他应有的所有赞誉，以及实际上有两次量子革命，而不是一次。

是什么促使你写这本书？

首先，我想消除一种误解，这种误解我从许多同事那里听到过，即爱因斯坦的工作对相对论有益，但对量子物理无益。爱因斯坦不相信量子理论的概率性本质，并著名地说过“上帝不掷骰子。”但事实上，他是理解量子力学的重要贡献者。爱因斯坦指出了纠缠之谜，并为光的量子理论奠定了基础，该理论表明光是由称为光子的粒子组成的。

 其次，我想普及科学知识。我知道谈论爱因斯坦会是一个吸引注意力的好方法。公众应该理解科学——否则，你如何对社会面临的重大问题做出决策，例如气候变化？

但是，你应该知道的是，我并没有真正“写”这本书。2005年，法国国家科学研究中心（CNRS）授予我金质奖章——法国最高的科学研究奖项。作为奖励的一部分，CNRS对我进行了一次音频采访，他们决定将这次采访作为一本书的基础。我努力改进了访谈稿。认识我的人说，他们读它时能听到我的声音。

在你的书中，你说有两次量子革命。第一次是什么？

粒子可以表现为波，波也可以表现为粒子的启示。1905年，爱因斯坦展示了光表现出这种波粒二象性。几个世纪以来，大多数科学家只将光视为波。但爱因斯坦展示了它由粒子组成，后来被称为光子，每个粒子的能量与其频率成正比。这是解释为什么即使是高强度的低频光也不能从金属中释放电子的唯一方式。

然后，1924年，另一位物理学家路易斯·德布罗意假设物质的粒子也可以像波一样行动。因为绕原子核旋转的电子表现得像驻波（或静止波），它们只能占据某些能量级。这防止了电子不断失去能量并塌陷到核中，解释了物质的稳定性。

那么第二次量子革命呢？

纠缠。这是一个非凡的想法，根据量子理论的规则，两个粒子可以如此相关联，以至于对其中一个的属性进行测量会立即确定另一个的属性——即使它们相距遥远。纠缠对于量子理论既是基础性的，也有广泛的应用。

  例如，纠缠导致了信息传输和处理的新方法。如果有一个能够纠缠大量量子比特（或qubits，这是经典计算机中的比特的量子对应物）的量子计算机，某些计算将会大大加速。

还有其它现实世界的应用，比如量子密码学。通过量子纠缠，你可以在两个空间位置之间即时共享信息。理论上，你可以在某个位置对某样东西进行粒子编码，然后在另一个地方解码它。

是什么吸引了你关注这个问题？

纠缠的根源在于爱因斯坦在1935年与两位同事，物理学家鲍里斯·波多尔斯基和内森·罗森一起写的一篇论文。他们指出，量子力学的原理允许存在纠缠粒子。但这违反了“局域性”的概念——即一个粒子只能被其附近的环境影响。

爱因斯坦认为，要在远距离上有如此强烈的相关性，粒子必须具有量子理论无法解释的属性。因此，量子理论无法提供世界最终的描述。

阿兰·阿斯佩表示，爱因斯坦在量子力学领域的贡献被低估了。

几十年后的1964年，理论物理学家约翰·贝尔仔细阅读了1935年的论文，发现了一些新东西。他发现，如果纠缠粒子真的具有量子理论无法解释的隐藏属性，那么这些粒子之间的相关性不会超过某个水平。如果相关性超过了这个上限，那么纠缠就是真实的。

当我读到贝尔的那篇论文时，我一见钟情。

一方面，我发现爱因斯坦的推理无懈可击。另一方面，我理解量子力学的无懈可击推理。这怎么可能是冲突的呢？对我来说，这是最奇妙的事情——一场关于世界本质和物理现实概念的哲学辩论可以通过实验来解决。

有些物理学家试图劝阻你进行那个实验。发生了什么？

当我在1975年拜访贝尔时，他警告我我会被认为是个疯子。当爱因斯坦40年前发表他的论文时，量子物理学家尼尔斯·玻尔似乎反驳了爱因斯坦的论点。而且，量子理论如此成功，许多人认为质疑它是没有意义的。对于属于“闭嘴计算”学派的物理学家来说，这个问题已经解决了。

但我是在量子力学方面自学成才的，我没有受到洗脑。我完全开放。当你开放并且看到一个问题时，你就会想知道答案。

是什么激发了你对科学的兴趣？

我在法国阿让长大，那是一个离波尔多不远的村庄。在那里，我遇到了一位了不起的中学物理老师莫里斯·希尔施，实际上，是他教育了我。他向我们展示了物理学是用数学尽可能精确地描述世界，但不会复杂到失去直觉。

 他进行了所有这些精彩的实验，其中一个使用频闪灯来展示一段时间内弦上的驻波如何振荡，后来给了我一个关于我的纠缠实验中重要元素的灵感。

我利用光与水中的超声波驻波之间的相互作用，开发了一个开关，可以在几纳秒内将光子从一个偏振器重定向到另一个偏振器。快速的切换意味着实验的两端不能相互通信，从而关闭了证明纠缠是真实的重要漏洞。

你有机会告诉你的老师吗？

是的，但他的健康状况不好。我和他谈过，但我不认为他完全理解我。然后我做了两件事。首先，我请求阿让市市长以他的名字命名一条街道。我还申请以他的名字命名一颗小行星。

你也喜欢魔术——什么吸引了你？

当我退休时，我感到有些不开心。为了让我高兴起来，我的朋友蒂埃里·贾马奇，他是一位出色的理论家和优秀的魔术师，说他会教我魔术技巧。

我喜欢纸牌魔术的地方在于，如果我在你面前表演它，你会说：“哇，这太不可思议了。”但就像物理学为看似不可思议的事物提供解释一样，也有解释。

我做的和普通魔术师一样的把戏，但我使用了不同的词汇。例如，当卡片从桌子上跳到我手中时，我假装这是一种量子隧穿效应。当卡片从我的左手传到右手时，我称之为量子传输。

关于量子物理学，你还有没有未解之谜？

是的——你能纠缠多少量子比特或量子物体，在你达到一个极限之前，这个群体的行为会像一个经典的、非量子的物体。

如果有一个基本限制，那将是好消息。我们将了解量子世界和经典世界之间的边界。如果没有限制，那么大量的量子比特将为我们提供一个惊人的量子计算机，这也是很棒的。我希望知道这个问题的答案。