2012 年諾貝爾物理學獎獲得者哈羅徹和溫蘭德「使測量和操控各量子體系成為可能」的成就，對物理學界意味著什麼？對大眾產生什麼影響？

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獲獎原因是："for ground-breaking experimental methods that enable measuring manipulation of individual quantum systems."

昨晚看新聞，第一時間發現2012年諾貝爾物理獎發給了美國的Wineland和法國的Haroche，他們都是量子光學實驗的專家，是我們這個行當的祖師級人物。我同事金奇煥教授跟我說，Haroche是他博士生導師的導師，而Wineland是他博士後導師的博後導師。換句話說，今年兩位諾貝爾物理獎獲得者都是他的師祖。金教授目前在從事離子阱量子計算機的研製工作。新聞上說Wineland和Haroche的工作是實現量子計算機的第一步，而金教授所做的就是邁出第二步第三步，乃至做出一個實用的量子計算機。

閑話少說，九維空間昨天就諾貝爾物理獎做了簡單介紹，我現在來補充一下。Haroche從事的是腔量子電動力學的實驗研究。所謂腔，最形象的理解就是兩個平行放置的反射鏡，光在裡面來回反射，有時候會形成穩定的駐波。如果要滿足駐波條件，那麼光的頻率只能取一些等間距的離散的值，頻率間距與鏡子的距離成反比。於是我們就可以控制鏡子的間距來使得其本徵頻率與原子相等，當原子頻率與腔頻率接近共振時，腔中光子與原子會有很強的相互作用，從而用原子控制光子。

九維空間大概混淆了光學腔實驗與微波腔實驗。 Haroche並沒用光學腔來束縛原子，他用的是厘米級別的微波腔。他利用高激發的理德堡原子與微波腔耦合。原子以一定的速度穿過腔，於是可以調節原子的速度來控制原子與腔模的相互作用時間，從而操控腔中單個微波光子。腔中光子壽命極長，他已經實現了光子壽命0.13秒的微波腔。在腔中光子泄漏之前，他可以實現多次對光子狀態的操控與測量。實現腔束縛並操控原子的，應該是加州理工的Kimble。

利用原子測量光子時，原子與腔中光子並不共振，但是光子的數目會影響原子的相位。通過對原子相位的測量，Haroche可以測量腔中光子數值，乃至直接觀察到光子的產生和消失。通過把原子的激發傳遞給光子，可以隨意調控的光子狀態。如果兩個原子同時穿過腔，可以讓光子作為媒介，在兩原子間製備糾纏態。
我還記得2006年，哈佛大學的 Glauber教授獲得諾貝爾物理獎之後，訪問西安交大，做了一個有關量子光學的報告，當時我就在台下。在報告的最後，他很興奮的分享了Haroche前不久所做的對單個光子產生與消失的測量做的精彩的實驗結果。如今Haoroche本人已經因為他在腔QED領域的傑出貢獻獲得了諾貝爾物理學獎。中國人在腔QED領域也做出了很多重要的工作，不過以理論為主。比如福州大學鄭仕標教授和中科大郭光燦院士就做過一個腔QED實現量子邏輯門的理論工作，是這個方向的經典文獻，很快被Haroche組實現，這個實驗也就是我前面提的利用光學腔做媒介實現原子之間的糾纏。在這個方向的實驗上作出好工作的中國人不多，山西大學的張天才教授算一個，他是Kimble的博士後。

Wineland教授從事的是離子阱的實驗工作。他最重要的貢獻在於1978年首次演示了了光冷卻離子的技術，隨後在實驗上首次把離子阱中的離子冷卻到了振動的量子基態。在此基礎上，他們做了一系列重要的實驗。比如1986年，他們首次觀察到了單個原子的量子躍遷現象，在1995年他們首次演示了離子阱量子控制非門，這是實現量子計算機的第一步。他也是用離子阱做離子鐘的領導者，2005年他首次把量子邏輯門的技術用於離子鍾，得到了世界上最精確的時鐘。

在中國用從事離子阱實驗的組也非常少，據我所知，只有武漢物理數學所和清華大學等有限的兩三家單位。2011年開始，在姚期智院士的領導下，清華大學交叉信息院量子信息中心開始了離子阱量子計算機的實驗研究，領導離子阱實驗的是金奇煥教授和段路明教授。起步雖然比較晚，但是發展非常快，目前已經完成了對超過20個離子的束縛，正在探索實現多個離子間的量子邏輯門技術。與腔量子電動力學不同，在中國從事離子阱理論工作的人不多，實際上全世界也很少。段路明教授恰恰是這方面的一流專家，他在離子阱量子計算和量子網路上一系列的理論工作，為基於離子阱的量子計算以及量子網路指出了一條可行的途徑。

在諾貝爾獎委員會的新聞稿中，Wineland和 Haroche的工作被描述為實現量子計算機的第一步，並預計本世紀我們有可能看到量子計算機的出現，並改變我們的生活。而要真的達成這一點，必須要我們共同努力。不僅僅是物理學家，還包括數學家，計算機專家以及電子工程師等等。實際的量子計算機需要操控很多個量子比特，粗略估算大概需要至少一萬個才能超越經典計算機的計算能力。要實現實際可行的量子計算機，需要更高的技術，更新的理論洞察力，需要多個學科的交叉與融合。我們中國的物理學家在這個領域已經有了很好的積累，要發奮努力，在未來做出更好的工作，為量子計算機乃至量子信息技術的實用化做出不可替代的貢獻。

我了個去……由於在巴黎高師物理系呆過一年，我和 Serge Haroche 還能扯上一些師門關係。兩年前做的一個 reading project 跟的是 Michel Brune（Haroche 的主要合作人），內容就是學習 Haroche 的工作。當年覺得很牛，但是沒想到真會得諾獎。
不過當時已經決心遠離法國叛變物理了，況且留在物理也就追追星罷了。巴黎高師周圍的狗屎真的很多！！

他們的主要方向是空腔量子電動力學（Cavity QED)。對其工作比較詳細的介紹可以看法蘭西學院 (College de France) 的網頁 http://www.college-de-france.fr/site/en-serge-haroche/

量子退相干現象舉例：雙縫干涉實驗，觀察電子路徑導致干涉消失，變到經典狀態；薛定諤的貓，觀察導致經典狀態。用數學描述，退相干表現為密度矩陣的非對角項變為零。解釋和理解退相干，理論上涉及量子力學的本質，應用上為量子計算機排除障礙。http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_decoherence

Haroche 用空腔中的光子實現「薛定諤貓"。實驗上很牛的是，他們用了一個 Q 值很高的空腔，可以使光子持續存在很長時間（超過 0.1 秒）。這樣一個系統使得重複測量試探成為可能，並且不會破壞系統。於是他們的小組就用這個裝置，以前所未有的精度，玩了各種實驗。這意味著，之前許多關於量子本質的討論，現在可以驗證了。對我來說，最牛的實驗成果，是直接觀察到退相干的過程，即量子相干態是如何向經典狀態過渡的。
具體見 http://www.springerlink.com/content/th0074n6k4307035/ 其中包括實驗裝置的描述和理論分析。

應用上我說不出很多。我知道量子退相干是讓量子計算頭疼的事，因為量子計算機最好長時間保持在量子相干態，才能發揮量子計算的優勢。

Wineland 不了解，可以參考官方介紹：
大眾版：http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2012/popular-physicsprize2012.pdf
專業版：http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2012/advanced-physicsprize2012.pdf
看來兩人是殊途同歸。

謝邀。

貢獻在於將量子力學從基礎研究推進到了更高的更接近於造福人類的層面。

打個比方：量子是人類近年來發現的最有意思，最捉摸不定，最有利用價值的一種動物。之前人們只能遠距離模模糊糊的看看，稍微一近距離觀察或接觸，它就死了。然後這兩大牛居然造出一種可以圈養某一種量子的籠子，雖然還是活不了多久，但給了人們馴服量子，製造量子計算機的希望。

謝邀
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首先非常開心我所研究的領域量子信息產生了諾貝爾獎得主，而且所做的也是我目前研究的腔量子電動力學（Cavity QED）方向。
所謂的腔QED，從理論上來說最簡單的就是所謂的J-C模型（按理說我覺得60年代提出JC模型的兩個大牛更有資格獲獎），它描述了一個2能級的原子系統在腔內與光子共振相互作用的過程，後來理論進一步發展，有了大失諧情況下的J-C模型，拉曼模型，多原子在一個腔中的T-C模型等，這些主要的理論在2000年前應該說都已經很成熟了。
可是在實驗上來說，大家知道量子力學最大的困難就是容易和環境發生相互作用，導致微觀粒子的信息耗散到了環境當中以致散失了量子的相干性（退相干效應）。Haroche這個組最主要的貢獻就是在實驗上把這些理論給驗證出來了，用的是傳統的飛原子的辦法，我們知道腔的長度是固定的，那麼我就可以調節原子的飛行速率，讓它們穿過腔與其相互作用來控制原子與腔的相互作用時間（操控原子bit的過程），然後在另一端讀取原子的信息來驗證是否操控成功。當然以上所提到的都是傳統的F-P腔結構，用在量子信息上這種結構的腔按頻率也分兩種：微波波段的腔和光波波段的腔。微波波段的腔的優點在於光子的存活時間長，退相干效應小，不足在於工作必須在極低的溫度（十幾K左右）因為如果在常溫下會受到大量的干擾（海森堡不確定原理導致的光子漲落）。光波腔的優勢就是常溫下就可以完成實驗，而且理論上光腔之間可以用光纖連接起來形成量子網路和分散式量子計算，所以腔QED系統也是量子計算機最有力的候選系統之一。但是光子存活壽命短，因為光波波段的頻率提高了很多，可以想像光子會更頻繁地撞擊腔壁而導致耗散，這就要求極高的工藝以及方法。所以兩種腔微波的適合用於實驗驗證，光波的更有希望成為具體應用（光波腔的實驗大牛是Kimble帶領的小組）。由於退相干小，所以微波腔的技術成熟的早，腔QED的理論更容易在這裡被實驗驗證。
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再吐槽一點很重要的題外話：
Haroche得獎最主要的工作是21世紀出頭髮表在PRL上面的幾篇文章，他們是驗證理論方案的，而提出這些理論方案的正是我的前導師福州大學的長江學者鄭仕標教授[1]。比如PRL 87,037902（2001）這篇驗證可控非門（量子計算最基本的邏輯門）這篇摘要第一句就提到Following a recent proposal by S. B. Zheng and G. C. Guo [Phys. Rev. Lett. 85, 2392 (2000)], we report an experiment in which two Rydberg atoms crossing a nonresonant cavity are entangled by coherent energy exchange. 按理說，按諾獎的標準提出理論的貢獻應該至少和實驗驗證是平級的，作為學生我們對導師的成就感到很高興，但也扼腕為什麼沒有讓他分享這份榮譽，呵呵。
[1] http://wx.fzu.edu.cn/ReadNews.asp?NewsID=794
鄭仕標教授的科技成果《利用腔QED和離子阱進行量子態的製備與操縱》提出的許多新方法都受到國際同行專家的高度評價，被認為具有很強的獨創性，與國際上其他專家所提出的方法相比具有明顯的優點，更簡單可行。法國科學院院士Haroche所領導的小組是國際上從事原子與微波腔相互作用研究最權威的小組之一。該小組用實驗驗證了鄭仕標提出的三個理論方案。該小組在發表相關的實驗結果時，在文章的摘要或引言中都申明他們的實驗是按照鄭仕標的理論設計完成的。該小組認為鄭仕標的方法為複雜糾纏操縱開闢了很有希望的前景，在量子信息處理方面是很有應用前途。在對該成果進行鑒定時，王育竹院士等同行專家們認為「其學術思想屬原始性創新，成果達國際領先水平」。

http://www.changhai.org/articles/science/physics/nobel2012.php