塞尔日·阿罗什和大卫·维因兰德

按照惯例，每年10月份的第二周，一年一度的诺贝尔奖陆续揭晓。通常周一揭晓生理学或医学奖获得者，周二揭晓重头戏物理学奖的获得者，周三是化学奖的获得者……

当地时间9日11点45分（北京时间17点45分），瑞典皇家科学院诺贝尔奖评审委员会宣布，将2012年诺贝尔物理学奖颁发给法国巴黎高等师范学院教授塞尔日·阿罗什（Serge Haroche）与美国标准技术研究所教授大卫·维因兰德（David Wineland），以表彰他们在量子力学领域所做出的突破性研究，称他们“提出了突破性的实验方法，使测量和操控单个量子体系成为可能。”

2012年诺贝尔物理学奖的结果和科学界包括很多科学迷事先的预计大相径庭。在揭晓之前，被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子不仅被视作是本届诺贝尔物理学奖的最大得奖热门，更被评论为“半个多世纪来最伟大物理学成就”。

人物简介：

塞尔日·阿罗什（Serge Haroche），法国公民。1944年9月11日出生于摩洛哥卡萨布兰卡，1971年从巴黎第六大学获得博士学位。1996年在巴黎高等师范学院与同事合作进行了实验观察，发现了量子相干性，获得1992年洪堡奖。2001年以来担任法兰西公学院和巴黎高等师范学院教授，量子物理学会主席。

大卫·维因兰德（David J. Wineland），美国公民。1944年2月24日出生于美国威斯康星洲密尔沃基，1965年在加州大学伯克利分校获得学士学位。1970年在哈佛大学获得博士学位。1975年进入美国国家标准局，现供职于美国国家标准与技术研究院和科罗拉多大学波尔得分校。

主要成就：

塞尔日·阿罗什和大卫·维因兰德独立地发明并拓展出能够在保持个体粒子的量子力学属性的情况下对其进行测量和操控的方法，而这在之前被认为是不能实现的。

量子力学框架下的世界既神奇又脆弱，微观粒子通常表现为两种截然不同的状态。日常经验中所谓的“确定性”，其实是亿万个微观粒子、无数种概率的宏观统计结果。但这种“既黑又白”的量子状态又非常脆弱，一旦用宏观方法观察，这种神奇的叠加态就会立即被干扰、破坏——物理术语叫“塌缩”。也正因为如此，量子世界通常不被百姓所理解。

除了不能被百姓理解，量子学家的苦恼更在于，因为找不到一个既不破坏量子状态、又能实际观测它的实验方法，长期以来他们只能在头脑中推演结论，进行一些猜想实验，种种精妙的预言无法得到验证。

两位获奖者以两个极为精巧的工具，在单个量子的观测和操控方面实现了突破。诺贝尔奖评审委员会用“开创性”描述他们的工作，认为他们为实验量子物理时代打开了大门。两人的方法殊途同归，一位用离子调控光子，另一位相反，用光子调控离子（带电原子）。

阿罗什将两面极为精巧的镜子平行放置，镜子之间是真空的空腔，温度接近绝对零度（约零下273℃）。一个光子进入空腔后，在两个镜面间不断反射。阿罗什实验中，光子在空腔中来回运动了0.1秒——对量子研究而言，这已足够漫长。实际上被捕获的光子在空腔中跑了4万公里，相当于绕地球一周。

维因兰德捕获离子的方法，是用一系列电极营造出一个电场囚笼，离子如被装进碗里的玻璃球；而后，用激光将离子冷却，最终，最冷的一个离子安静地待在碗底。

这两个实验都史无前例地在不破坏量子特性的前提下，实现了对单个光子和离子的观测和操控。

应用展望：

两位获奖者开创的实验，使量子光学在近二三十年飞速发展，目前最大的潜在突破点是超级量子计算机和超准光钟。

量子计算机最基本的数据单位依然是比特——0或1。但与常规计算机不同，一个量子构成的量子比特，可以同时表现为0和1，两个量子比特就是00、01、10、11四种状态。以此类推，300个量子比特承载的数据量便可达到2的300次方，超过整个宇宙的原子数量总和。同时，它的运算速度极快。张卫平说，虽然整体上量子计算机与实用还有很远的距离，但既然其最基础的部分——得到1个量子比特已获成功，那么，说不定本世纪内相关技术就能成熟，从而给人类带来新的计算革命。

与量子计算机相比，光钟更接近现实。正因为可以操控单个量子，科学家就能按意愿调控量子的振荡频率，直到光频段。量子振荡相当于钟摆，频率越高，精度越高。目前，实验中的光钟比此前最先进的铯原子钟精准数百倍——若这座钟从宇宙发端之日起运行，至今的误差只有5秒。借助这样的钟，GPS卫星能更精确地进行全球定位，科学家甚至可以用它来观测因为步行导致的时间变慢——相对论认为，运动会导致时间变慢；接近光速时，时间将趋于停止。