10月9日, 2012年诺贝尔物理学奖揭晓了获奖名单,法国的沙吉·哈罗什(1944年9月11日出生于摩洛哥,现为法兰西学院教授兼量子物理学会主席)和美国的大卫·维因兰德(1944年出生于密尔沃基,现供职于美国国家标准与技术研究院)两位科学家共同获得此项殊荣。诺奖评委之所以垂青他们,是因为他们提出了突破性的实验性方法,使捕获整个量子体系成为可能。
这两位科学家研究的对象是“量子粒子”,这是个什么玩意儿?中国科学院院士、理论物理研究所研究员孙昌璞告诉记者,在量子世界中,有两种基本粒子——光子和原子,光子形成光或电磁波,原子构成物质。在宏观的现实世界中,我们看到的东西都是连续的,而进入微观的量子世界中,我们看到的却是另外一番景象。
举个例子,一束光看上去好像是连续的,其实它是由一个个光子组成的。这些光子飘忽不定,且呈现出许多让人无法理解、不可思议的神奇特性。比如,一个人不可能同时出现在两个地方,而光子就能做到这点;人也不可以穿墙而过,而量子世界中的粒子就可以做到。
在科幻电影中,我们常常能看到这样的桥段:外星人在一个地方神秘消失,然后又在另外一个地方瞬间出现;或者机密文件放入某个特殊装置后突然消失,并瞬间出现在另一个特定装置中。目前,中国的量子研究人员取得突破,在没有光纤电缆或其他中介的情况下,成功用少量光子,将一个质子发送出去,使其穿越一个湖泊,到达近百公里之外的地方。这可能使“超时空穿越”的神奇场景变为现实。
不过,要想深入了解粒子的这些神奇特性,首先就要捕获单个粒子。以往科学家一直认为,单个粒子很难从周围环境中隔离观测,一旦它们与外界发生交互,通常会失去神秘的量子性质。“而两位科学家,正是在这个方面有了重大突破。” 孙昌璞说,他们各自设计的观测方法,在让粒子保留神奇特性的情况下,不仅能对其进行观察,而且还能操控它。
孙昌璞说,两位科学家的研究,看似离我们普通大众很遥远,但其实目前已应用到全球定位系统(GPS)等科技上;研究还对我们未来研制超高精度的钟表作出了很大的贡献,这也许能用于未来的星际旅行。
此外,两位科学家的研究还打开了量子计算机之门。与传统电脑相比,量子计算机的速度是令人咋舌的,传统电脑用100万年才能解决的事,量子计算机几分钟就能搞定。“传统电脑改变了我们的生活,量子计算机一旦研制成功,我们的生活将再次发生改变。” 孙昌璞说。