塞尔日·阿罗什和戴维·瓦恩兰

在微观领域中，某些物理量的变化是以最小的单位跳跃式进行的，而不是连续的，这个最小的基本单位叫做量子。然而，当人类深入探究量子世界时却陷入了“泥沼”：单个粒子一旦与外部世界发生互动，就会丧失它们神奇的量子特性。因此，量子物理预言的许多现象无法被直接观测。这一窘境直到上世纪80年代才因两位科学家的工作得以改变。

法国人塞尔日·阿罗什和美国人戴维·瓦恩兰，分别找到了方法操控单个粒子，而不破坏其量子态，为人类深入认识量子世界提供了开锁的钥匙。据此，昨天两人共同成为2012年诺贝尔物理学奖获得者。

让光与物质“起舞”

法国物理学家塞尔日·阿罗什在他个人网页上说，接到电话时，“我一看……瑞典的号码，我就知道好事来了”。“这是个惊喜！”这是他最初获知得奖的反应。

如果用“让光与物质起舞”来形容两位获奖者的工作，并不为过。复旦大学物理系教授沈健介绍，两位科学家的研究有许多共通之处——都是光与物质在微观世界中的相互作用，但“方向”却截然相反。戴维·瓦恩兰在真空和超低温条件下，巧妙使用激光束和激光脉冲制造出“陷阱”，来俘获单个带电离子，让它陷于其中难动分毫，而后以光为尺，对其进行观测、操控。塞尔日·阿罗什则反其道而行之。他以特制的两个镜面做成“腔”装置，当微波光子通过时，在两面镜子之间高速反弹，在腔中停留时间达0.1秒。如此，光子被牢牢控制住后，再派原子进去“巡逻探查”，以此掌握单个光子在量子态下的运动。

为量子计算机奠基

今年的获奖项目与普通大众生活有怎样的关系？戴维·瓦恩兰在4年前就回答了这个问题。

《囚禁离子，实现量子计算》是他2008年与人合撰的一篇科普文章。文章第一段这样写道：“计算机性能日益提高，芯片尺寸却越来越小，或许很快就会达到物理极限——每个元件仅由单个原子构成。不过，这绝非计算机发展的尽头，而是新型量子计算机发展的起点。”

上海交通大学零聚态物理研究所朱卡的教授解释，两位诺奖得主在观测、操控单个粒子领域的突破性实验方法，使得整个学界迈出了建立新型超快量子计算机的第一步。具体来说，传统的电脑芯片用到的是电荷效应等，而量子计算机的原理在于利用原子等粒子的量子态特性，获得“指数级别”增长的运算速度，以及更小的整体体积，伴随而来的则是更低的能源消耗。试想一下，今后的计算机将以原子、离子为计算单位，以光来调控，那无疑是计算机的革命性发展。

研究成果亦敌亦友

在复旦大学物理系吴咏时教授看来，此次两位获奖者的研究，既是“朋友”，也是“敌人”。他们的工作共同迈出了量子态研究的第一步，但在应用领域，两者又存在绝对的竞争关系。他说，通常来说，数字信息处理的单元叫做比特，无论是用原子探查光，还是用光捕获离子，研究的对象都是可用作量子比特的单个原子或离子系统。但真正进入量子计算机的构建阶段，两个方法只能择其一。因此，这次并肩获奖的两位专家，也可以说是“对立”的。

值得关注的是，至今为止的100多届诺贝尔物理学奖中，像今年这样“似敌似友”的，尚属首次。专家认为，这在某种程度上反映出当前科学研究的发展态势，“一个人拍脑袋”的时代已经远去，团队协力、多点开花，正越来越成为人类科学探索的选择。

（原载于《解放日报》 2012-10-10 07版）