阿罗什和维因兰德证明，他们能够观测单个量子体系而不会破坏它们，从而为量子物理实验打开了通向新纪元的大门。通过他们天才的实验方法，已经能够设法测量和操控非常脆弱的量子态，使得他们的研究领域向着建造新型的超快量子极端及迈出了最初一步。这些方法还帮助科学家造出了极其精确的时钟，也许将成为未来新的时间标准的基础，比我们现行的铯原子钟要精确好几百倍。
来自法国的科学家塞尔日·阿罗什和来自美国的大卫·维因兰德因分别独立发明并拓展了在保持单个粒子量子力学特性的前提下，测量和操纵它们的方法，而获得诺奖垂青。
对此，中山大学物理科学与工程技术学院教授、博士生导师姚道新表示，此项成果实现了从理论到现实的重大突破，大大提升了人类对整个量子体系的操纵能力，其对量子物理学界具有划时代意义。
活捉“粒子”
在量子力学的世界里，很多现象与我们肉眼观察到的相反，其中最引人惊叹的莫过于一个量子可以同时处在多个状态上：量子可以同时是“这样”的，也是“那样”的。
奥地利物理学家薛定谔形象地用自己的猫来阐述这种在微观世界中的奇妙景象：猫被放在与周围环境完全隔离的箱子里，这个箱子内置有致命毒药，还有一些处于发射状态的放射性原子衰变。放射性衰变遵循量子力学定律，因而它处于发射和未发射的叠加状态。因此，猫处于活着和死了的叠加状态。因为量子叠加态对环境作用非常敏感，当窥视箱子内部、观察猫的瞬间，猫的“世界线”会“塌缩”到出现死或者活两种结果中的一种。
长久以来，这只微观世界中的“猫”只存在于科学家们的思想实验当中，而获奖的两位科学家则巧妙地通过操纵单个量子的方式将势阱中的离子放入薛定谔假设的叠加态中，“窥测”映射到当外界环境参与时量子的状态，成功捕获了薛定谔理想实验中的“量子猫”。
“阿罗什借助原子在微波腔中会辐射或吸收单个光子的特性，解决了光子不能长久存在的难题，实现操纵单个光子；而维因兰德则将离子进行隔离，通过光场制造离子阱，进而对离子进行测量和控制。”中山大学的姚道新教授向我们详细解释了这项实验的创新之处。
引领变革
下班后你急着小跑回家，而这一过程将导致时间变慢。这一相对论提出的奇异现象将有可能因为可以操控单个量子系统这一革命性的突破而使观测这一变化变为现实。
姚道新介绍，一旦科学家能够按照意愿调控单个量子系统的震荡频率，精确度就会大大提高。“而借助这种精密度极高的时钟，GPS技术将实现定位精确度的极大提高，从而大大服务人类生活。”据了解，目前处在实验室中的这种光学钟比之前的铯原子钟精确数百倍。而两位科学家的获奖成果，正是成功实现了对单量子系统的操纵，这一成果不仅能够促使高精密时钟的研制，更进一步实现多项量子力学基本原理的检测。
更“迷人”的莫过于推进了量子计算机的诞生。据了解，量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速信息处理和储存的物理装置。普通计算机处理信息的基本信息单位是比特，也就是0和1，就像是一个电灯，可以打开和关闭。对于量子比特来说，它的值除了0和1外，还可以处在它们的“迭加”态上，允许量子计算机一次进行数百万项计算，计算速度将远超目前的计算机水平。姚道新表示，虽然整体上量子计算机实现实用还要较长时间，但两位科学家的关于单量子系统的操控实验极大地促进了量子计算机的发展。在可以预期的将来，量子计算机带来的计算机革命将可能实现。
目前，我国在量子物理领域的研究也取得较大进展，中国科技大学、山西大学、武汉物理与数学研究所等单位对于量子体系的操控在某些方面已经达到国际先进水平。中山大学和华南师范大学等单位也在理论和实验方面开展这些方面的研究。此次阿罗什还利用获奖实验技术帮助验证了中国科技大学郭光灿院士的相关论文，从中得到启发。
