法美「捕光」雙雄奪物理獎

【明報專訊】今年諾貝爾物理學獎昨揭盅，由法國物理學家阿羅什和美國物理學家瓦恩蘭分享，評審團表揚他們在量子物理學的卓越研究，從而發展出比原子鐘精準百倍的時計，並為以量子原理打造超高速電腦（量子電腦）鋪路，為人類生活帶來重大改變。


68歲的阿羅什（Serge Haroche）是法蘭西學院和巴黎高等師範學院的教授。他形容對獲獎「完全不知所措」。他笑言，接獲通知時正跟太太在街上走，「赫然見到手機上出現來自瑞典的46區號，就知道可以開香檳了」。接獲喜訊後，他第一件事是通知孩子，然後是最親近的同事。「沒有他們，我不會獲獎。」同為68歲的瓦恩蘭（David Wineland）效力於美國國家標準與技術研究所（NIST），他說獲獎是「美妙的驚喜」。他承認要發展出量子電腦還「很遙遠」，但「我們很多人都認為，它終會成真」。


超準時鐘勝原子鐘100倍

評審團指出，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。當局讚揚，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。


量度吸光放光瞬間

兩位獲獎者的實驗方法有很多相似之處，例如瓦恩蘭在一空間困住帶電原子或離子（ion，簡言之是一種處於穩定結構狀態的原子），通過光子量度它們吸光和放光的時間。阿羅什的實驗卻是相反，將光子困住，以原子進行量度。香港大學物理學系周海峰教授向本報解釋，今次兩名得獎者都不是理論家，其研究成果都是由做實驗得來，透過將離子放入一個空間，再由研究員放出微弱的光線（光子），讓離子與光產生作用（即吸光和放光）。由於離子「吸光」後再「放光」的時間極之標準穩定，可謂「一成不變」，這時間正好可用來作為細微時間計算的度量衡標準。


打破現今電腦二進制局限

周教授說，這實驗的「犀利」之處，是真的「很難做」，其研究結果可提高時間計算的精準度。他解釋，瓦恩蘭所效力的美國NIST，正是專門研究度量衡標準的機構，對於工業強國來說，時間計算的準確度要求極高，因為在尖端的科技，例如太空對接等，時間必須準確。他表示，除了計算時間，量子光學另一應用就是研製量子電腦，以量子學原理製作的電腦，將可超越「二進位制」的局限，速度遠超目前想像。評審團預期，量子電腦「或許將在本世紀改變我們的日常生活，就像傳統電腦在上世紀那樣徹底改變我們的生活」。