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美國法國量子學家奪物理諾獎
( 2012-10-12 )



瓦恩蘭(David Wineland) 1944年 出生於美國威斯康辛州密爾瓦基。 1965年 自加州大學柏克萊分校畢業。 1970年 獲哈佛大學物理學博士學位,曾赴西雅圖華盛頓大學從事博士后研究。 1975年 加入隸屬美國商務部的國家標準與技術研究所,並在該所開啓離子儲存(ion storage)相關研究。 現職美國國家標準與技術研究所和科羅拉多大學博爾德分校。

      法國科學家阿羅什(Serge Haroche)和美國的瓦恩蘭(David Wineland)因他們在量子物理學的卓越研究,榮獲今年的諾貝爾物理學獎。兩人是多年好友,他們的研究為開發新超級電腦和高精準時鐘開路。
      瑞典皇家科學院公布的頒獎理由是“他們具有開創性的實驗方法令單體量子系統變得可測量、可操作。”


      令單體量子可測量操作
      這兩名現年均為68歲的科學家發現不破壞卻能測量量子粒子的方法,研究人員先前認為這是不可能辦到的。
      兩人的成就可能導致科學家根據量子物理學打造出新的超級電腦。評審報告指出,在微觀的量子世界中,單一粒子很難從周圍環境中隔離觀測,一旦它們與外界發生交互作用,通常會失去神秘的量子性質,使得量子物理學中很多奇特現象無法觀測到,但兩位得獎者通過開創性的實驗,成功突破了這個框框限制,開闢了量子物理學實驗領域的新時代。科學院讚揚,兩人的研究促成製造出極度精確的時鐘,這種時鐘能成為新標準時間的基礎,精確度是當前銫原子鐘的100倍以上。
      兩位科學家的專長是量子纏結(entanglement),兩個粒子交互作用時就會出現“纏結”,意思是一個粒子會影響遠處另一個粒子。即使兩個粒子分開,兩者的連結還會持續一段長時間。纏結時粒子也可能進入態疊加(superposition)狀態,這開啓了超級電腦之路。現在的電腦用的是二元碼,資料儲存在一個不是0就是1的位元上。但在態疊加中,一個量子位元(qubit)可能是0或1,或既是0又是1。這可能增加很大的資料儲存空間,對於需要處理大量數字的工作大有助益。不過,這仍有許多技術難關需要克服。
      瑞典皇家科學院的聲明說:“量子電腦或許會在本世紀改變我們的日常生活,就像電腦在上個世紀大幅改變人類生活一樣。”兩人將分享800萬瑞典克朗(約119.4萬美元)獎金。
      阿羅什講述了自己得悉獲獎時的第一反應。“我當時正在街上,走過一條長椅。”當接到從斯德哥爾摩打來的通知電話時,“我當即坐在了椅子上。”
      瓦恩蘭則表示,他是半夜被通知獲獎的電話叫醒,“當然,這是個美妙的驚奇”。


      “上帝粒子”意外落選
      今年的物理學獎的結果和科學界的預計大相徑庭。此前,被稱為“上帝粒子”的希格斯玻色子不僅被視作是本屆物理學獎的最大得獎熱門,更被評論為“半個多世紀來最偉大物理學成就”。

      阿羅什師生先後獲獎成美談
      諾貝爾物理獎得主、法國法蘭西學院教授阿羅什,是1997年諾貝爾物理獎得主柯恩-唐努吉(Claude Cohen-Tannoudji)的學生,師生分獲諾貝爾獎,在科研界傳為美談。
      柯恩-唐努吉也是法蘭西學院和巴黎高等師範學院教授,他的研究範疇包括激光領域中的原子放射動力和激光冷卻和抑制等,對物理學的發展有深遠影響。柯恩-唐努吉在1997年就得到諾貝爾物理獎,15年後,學生阿羅什也摘下這個物理界最高榮譽的桂冠。
      中央社報道,1960年代,阿羅什是第一批到柯恩-唐努吉的實驗室做博士論文的學生之一,看到阿羅什日後傑出的表現,柯恩-唐努吉表示非常高興,他讚賞阿羅什研究工作上簡潔明瞭的論證、清楚的表達、深度分析及他對研究的熱情。
      阿羅什曾表示,科學研究也需要像藝術一樣,充滿激情。這就可以解釋為什麼他喜歡談繪畫、談歌劇,這是他的另外一種激情。在科學與藝術之間,他感覺到“共振”效應。在維也納參加科學會議時,他會抽空去看名家畫作。

      瓦恩蘭奠基離子陷阱實驗
      瓦恩蘭目前任職於美國國家標準與技術研究所(NIST)位於科羅拉多州博爾德市的物理實驗室,從事量子光學相關研究。
      《中國時報》報道,瓦恩蘭帶領NIST的離子儲存小組,專門研究雷射冷卻與捕獲離子的光譜分析技術。他是“離子陷阱量子計算”(ion trap quantum computing)實驗的奠基者,他在所謂“保羅陷阱”(Paul traps)中對離子進行雷射冷卻,並使用捕獲的離子,來實現量子計算操作。
      NIST發言人布魯斯(Jim Burrus)形容瓦恩蘭“很謙遜,未曾預料他會獲獎,也不覺得自己有什麼了不起。”他曾加入NIST的壘球隊“呆瓜隊”,擔任一壘手。
      瓦恩蘭和阿羅什是多年好友,兩人從事的研究,開啓了量子物理學實驗的新時代,對量子測量以及量子電腦領域具有深遠影響。
      而在中國復旦大學物理系吳詠時教授看來,此次兩位獲獎者的研究,既是朋友,也是“敵人”。
      《解放日報》報道,他們的工作共同邁出了量子態研究的第一步,但在應用領域,兩者又存在絕對的競爭關係。他說,通常來說,數字資訊處理的單元叫做比特,無論是用原子探查光,還是用光捕獲離子,研究的對象都是可用作量子比特的單個原子或離子系統。
      但真正進入量子電腦的構建階段,兩個方法只能擇其一。因此,這次並肩獲獎的兩位專家,也可以說是“對立”的。
      值得關注的是,至今為止的一百多屆諾貝爾物理學獎中,像今年這樣“似敵似友”的,尚屬首次。
      專家認為,這在某種程度上反映出當前科學研究的發展態勢,“一個人拍腦袋”的時代已經遠去,團隊協力、多點開花,正越來越成為人類科學探索的選擇。     



阿羅什(Serge Haroche) 1944年 出生於摩洛哥的卡薩布蘭卡,父親是摩洛哥籍猶太人律師,原籍俄羅斯的母親是老師。 1956年 摩洛哥獨立,他被家人送到法國。 1965年 開始投身量子光學研究,對原子與光之間的相互作用進行觀察研究。 1971年 自巴黎第六大學獲得博士學位。 現為法蘭西學院和巴黎高等師範學院教授。