阿斯派克特1947年出生于法國(guó)西南部加龍河畔的阿讓（Agen），那是一個(gè)以葡萄紅酒美食佳肴為文化特色的美麗浪漫的小村莊。阿斯派克特從小就立志要成為一名科學(xué)家，后來(lái)果然成為著名的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，為實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證量子力學(xué)的基礎(chǔ)理論作出了重要貢獻(xiàn)。
上世紀(jì)80年代初，阿斯派克特前往非洲作了三年自愿者之后，來(lái)到了巴黎，攻讀他的物理博士學(xué)位。他不是沖著巴黎的燈紅酒綠繁華夜市而來(lái)的。那時(shí)的法國(guó)，不僅僅是風(fēng)花雪月的浪漫之都，也是人才薈萃的重要的世界物理研究中心。從首屈一指的巴黎大學(xué)，走出了眾多世界一流的科學(xué)家：笛卡爾、帕斯卡、拉瓦錫、柯西、居里夫婦及女兒女婿……這一大串閃亮的名單，吸引著阿斯派克特。
在非洲喀麥隆作三年社會(huì)工作的業(yè)余時(shí)間里，阿斯派克特反復(fù)閱讀了有關(guān)量子力學(xué)基礎(chǔ)理論的書籍和論文，特別感興趣有關(guān)EPR佯謬及用貝爾不等式來(lái)檢驗(yàn)量子力學(xué)非定域性的課題，這也是他從非洲返回祖國(guó)，進(jìn)入巴黎大學(xué)攻讀博士的初衷。
阿斯派克特知道檢驗(yàn)貝爾不等式的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)是1972年由Clauser和Freedman在加州大學(xué)伯克利分校完成的，但實(shí)驗(yàn)存在一些被人詬病的漏洞，因而結(jié)果不那么具有說(shuō)服力。因此，阿斯派克特設(shè)計(jì)了一個(gè)系列實(shí)驗(yàn)，決定首先重復(fù)并然后改進(jìn)克勞瑟等人的工作。其次，阿斯派克特還有他的優(yōu)越性，那就是他所在的巴黎離約翰·貝爾工作的歐洲核子中心不算太遠(yuǎn)，可以經(jīng)常開車到CERN去找貝爾討論問(wèn)題。當(dāng)貝爾第一次見到他，得知他只是一個(gè)剛開始做物理研究工作的Ph.D學(xué)生時(shí)，吃驚地表示：“你一定是一個(gè)非常大膽的學(xué)生！”。
科學(xué)研究的確需要勇氣和膽量，偉大的成就只鐘情于勇敢的開拓者，不會(huì)眷顧那些跟在他人后面搖旗吶喊的庸碌之輩。對(duì)科學(xué)創(chuàng)新來(lái)說(shuō)，勇氣、眼光和創(chuàng)造力、想象力一樣，太重要了。
阿斯派克特努力勤奮地開始工作，用心制造和改進(jìn)所需要的每一件設(shè)備。他計(jì)劃作三個(gè)實(shí)驗(yàn)，第一個(gè)實(shí)驗(yàn)，基本構(gòu)思和前面克勞瑟等人的一樣，但結(jié)合了Fry 和Thompson在1976實(shí)驗(yàn)中采用激光器作為激勵(lì)光源的方法。阿斯派克特深知糾纏光源對(duì)他的實(shí)驗(yàn)的重要性。讀者可能還記得，在第7節(jié)中解釋貝爾不等式時(shí)，我們?cè)趫D中畫的是電子的自旋矢量。然而，實(shí)驗(yàn)室里的糾纏態(tài)卻大多數(shù)是用光來(lái)實(shí)現(xiàn)的。光，是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷模彩俏锢韺?shí)驗(yàn)室里最常用的東西。類似于電子的自旋，光可以有不同的偏振方向。光的偏振（或稱‘極化’）的概念，在我們使用太陽(yáng)眼鏡時(shí)會(huì)有所體會(huì)。偏振式太陽(yáng)眼鏡就是利用光的偏振特性而制成的。用簡(jiǎn)單的一句話來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)眼鏡只讓在某一個(gè)特定方向振動(dòng)的光線通過(guò)，這樣，在正對(duì)太陽(yáng)開車時(shí)，就大大地減少了耀眼的光線，使司機(jī)不至于太受強(qiáng)光的干擾，而仍然能夠看清目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)室中，使用偏振片來(lái)測(cè)定和轉(zhuǎn)換光的偏振方向，其工作原理與太陽(yáng)眼鏡類似（如下圖所示）。
再回到實(shí)驗(yàn)室中，光的偏振和電子自旋類似這個(gè)話題。阿斯派克特用激光來(lái)激發(fā)鈣原子，引起級(jí)聯(lián)輻射，產(chǎn)生一對(duì)往相反方向‘園偏振’的糾纏光子。在上面圖中所示的是線偏振光的情形，而園偏振光可看作是兩個(gè)線偏振光的疊加。園偏振光有兩個(gè)不同的旋轉(zhuǎn)方向，這可類比于電子的自旋，因此，之前對(duì)自旋糾纏電子對(duì)的討論都可以用在極化的糾纏光子對(duì)上。 克勞瑟十年前的實(shí)驗(yàn)中沒有使用激光，這說(shuō)起來(lái)可能是他的最大遺憾。當(dāng)年克勞瑟的身邊，就站著激光的發(fā)明人湯斯。可不知道為什么，他在實(shí)驗(yàn)中卻沒有使用這個(gè)威力強(qiáng)大的武器。也許是因?yàn)楫?dāng)時(shí)的激光不容易使用？也許是當(dāng)時(shí)還沒有波長(zhǎng)合適激勵(lì)鈣原子的激光源？也許是克勞瑟急于求成？無(wú)論如何，歷史巨人畢竟已經(jīng)邁過(guò)了十年的步伐，阿斯派克特使用兩個(gè)激光源激勵(lì)鈣原子產(chǎn)生光量子糾纏對(duì)，他的這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到量子力學(xué)對(duì)貝爾不等式的偏離，達(dá)到了9倍的誤差范圍，相對(duì)于克勞瑟的5倍誤差范圍，改進(jìn)了好幾個(gè)等級(jí)。
阿斯派克特的第二個(gè)實(shí)驗(yàn)，是利用雙通道的方法，來(lái)提高光子的利用率，減少前人實(shí)驗(yàn)中的所謂‘偵測(cè)漏洞’。這個(gè)實(shí)驗(yàn)也大獲成功，最后以40倍于誤差范圍的偏離，違背貝爾不等式，再一次強(qiáng)有力地證明了量子力學(xué)的正確！
阿斯派克特的最大貢獻(xiàn)是在第三個(gè)實(shí)驗(yàn)中，采取了延遲決定偏光鏡方向的方法。
【貝爾不等式實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證示意圖】 用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證貝爾不等式，其根本目的之一就是要驗(yàn)證量子力學(xué)到底是定域的，還是非定域的？非定域性的意思是說(shuō)，如果測(cè)量糾纏光子對(duì)中一個(gè)光子的偏振，將會(huì)影響到它的孿生兄弟--另一個(gè)光子的偏振方向。這種影響的發(fā)生，不允許兩個(gè)光子之間的任何溝通。換句話說(shuō)，貝爾不等式體現(xiàn)了定域條件對(duì)兩個(gè)光子的關(guān)聯(lián)協(xié)作程度的限制。或者說(shuō)，對(duì)他們的邏輯能力的限制。不是嗎？在現(xiàn)實(shí)社會(huì)中，如果有一對(duì)雙胞胎出生后從未見過(guò)面的話，即使他們的基因完全一樣，但因?yàn)樗麄兪亲鳛閮蓚€(gè)不同的個(gè)體而存在，他們有完全不同的人生經(jīng)驗(yàn)。如果在遠(yuǎn)離的兩地，對(duì)他們進(jìn)行各方面的考試測(cè)驗(yàn)的話，他們應(yīng)該是表現(xiàn)得不那么緊密相關(guān)的。
重要的是，這兩個(gè)雙胞胎不能暗地里互通消息，也不能有出題目的人參與其中共同作弊。否則的話，上面的結(jié)論就不能成立了，他們之間被測(cè)量出來(lái)的關(guān)聯(lián)程度會(huì)大大增加，給人以他們能瞬時(shí)間傳遞心靈感應(yīng)的假象。在實(shí)驗(yàn)中也得做到這一點(diǎn)：要保證兩個(gè)糾纏光子間沒有交換信號(hào)的可能性。阿斯派克特在第三個(gè)實(shí)驗(yàn)中，采取延遲決定偏光鏡方向的方法，就是為了保證這點(diǎn)。或者說(shuō)，他在克勞瑟等人實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，再多加了一道閘門，完全排除了糾纏光子間交換信號(hào)的可能性。
這建議是來(lái)自于約翰·貝爾。他說(shuō)，如果你預(yù)先就將實(shí)驗(yàn)安排好了，兩個(gè)偏振片的角度調(diào)好了等在那兒，然后，你從容不迫慢吞吞地開始實(shí)驗(yàn)：用激光器激發(fā)出糾纏光子對(duì)，飛向兩邊早就設(shè)定了方向的檢偏鏡，兩個(gè)光子分別在兩邊被檢測(cè)到……。在這整個(gè)過(guò)程中，光子不是完全有足夠的時(shí)間互通消息嗎？即使我們不知道它們是采取何種方法傳遞消息的，但總存在作弊的可能性吧。
要如何才能斷絕兩個(gè)雙胞胎考試作弊的可能性呢？起碼，我們能想出的辦法就是‘延遲’出題的時(shí)間，最好是等兩個(gè)雙胞胎已經(jīng)分別坐到了兩地的考場(chǎng)上，你再將即時(shí)隨機(jī)而出的兩套題目分給兩個(gè)考官。這樣一來(lái)，雙胞胎就沒法互通消息了，即使是最快的電話、電郵也都來(lái)不及了。阿斯派克特在實(shí)驗(yàn)中采取的也是這種類似方法，他不預(yù)先設(shè)定兩個(gè)檢偏鏡的角度，而是將這個(gè)決定延遲到兩個(gè)光子已經(jīng)從糾纏源飛出，快要最后到達(dá)檢偏鏡的那一刻。
當(dāng)然，阿斯派克特的這種想法還得有實(shí)驗(yàn)室中的可行性。他的兩個(gè)檢偏鏡距離糾纏源分別大約6.5米左右。因此，當(dāng)兩個(gè)光子快到檢偏鏡的那一刻，它們之間的距離大約是13米。最快的信息傳遞速度是光速，光也需要40ns（ns是納秒=10萬(wàn)萬(wàn)分之一秒）的時(shí)間來(lái)走完13米的路程。因此，阿斯派克特發(fā)明出了一種基于聲光效應(yīng)的設(shè)備，能使得檢偏鏡在每10ns的時(shí)間內(nèi)旋轉(zhuǎn)一次。這樣，兩個(gè)糾纏光子就不可能有足夠的時(shí)間來(lái)互相通知對(duì)方了。換言之，它們來(lái)不及互相了解情況并告知對(duì)方：我碰到的檢偏鏡是某某方向的，因此，你也做好準(zhǔn)備將偏振調(diào)節(jié)到某某方向……，它們即使想作弊也來(lái)不及了！阿斯派克特的第三個(gè)實(shí)驗(yàn)原理如下圖所示：
【掃描自：阿斯派克特1982年文章中用以驗(yàn)證CHSH-貝爾不等式的原圖，中間的S是糾纏光源，I(a)、II(b)等，是10ns旋轉(zhuǎn)一次方向的檢偏鏡。四條通道的測(cè)量數(shù)據(jù)匯總到下方的‘符合檢測(cè)設(shè)備’進(jìn)行處理。】 阿斯派克特的三個(gè)實(shí)驗(yàn)大獲成功，被作為是量子力學(xué)非定域性的最后判決。后來(lái)，1998年，下一節(jié)我們將要談到的，又有Zeilinger及其同事在奧地利因斯布魯克大學(xué)完成的實(shí)驗(yàn)，更為徹底地排除了定域性的漏洞。
量子力學(xué)是非定域的，這在物理界基本上是公認(rèn)的結(jié)論。至于這結(jié)論背后是不是真的隱藏著超光速，人們?nèi)匀徊荒艽_定，盡管它表面上看起來(lái)似乎是一種類似的效應(yīng)，但我們并不能利用它實(shí)際地傳送信息，因此，這和愛因斯坦的狹義相對(duì)論并無(wú)矛盾。當(dāng)初，德布羅意那“物質(zhì)波”的相速度c2/v就比光速要快，但只要不攜帶能量和信息，它就不違背相對(duì)論。量子力學(xué)非定域性的認(rèn)可，并不等于相對(duì)論被推翻，相反，相對(duì)論和量子論兩者至今仍然是我們所能依賴的最可靠的理論基石。
也許正因?yàn)橛嘘P(guān)‘定域’、‘隱變量’等等爭(zhēng)論的塵埃未定，有關(guān)量子糾纏研究及應(yīng)用方面至今未出諾貝爾獎(jiǎng)得主。貝爾于1990年62歲時(shí)，因腦出血而意外死亡。遺憾的是，貝爾并不知道，那年他被提名為諾貝爾獎(jiǎng)。
阿斯派克特和克勞瑟，還有下一節(jié)要談到的塞林格（Anton Zeilinger）三位實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，曾被提名 2011年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。雖然最后，此獎(jiǎng)項(xiàng)的殊榮落到了另外三位從事宇宙膨脹理論研究的物理學(xué)家頭上。但這三位實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家對(duì)量子力學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)方面的貢獻(xiàn)已經(jīng)得到了學(xué)術(shù)界的公認(rèn)，他們用一系列越來(lái)越精妙的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了貝爾不等式，因而擴(kuò)展了量子糾纏態(tài)在通訊及計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面的研究。因?yàn)檫@些貢獻(xiàn)，他們?nèi)吮皇谟枇?010年的沃爾夫物理獎(jiǎng)。
