Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki 2022
Królewska Szwedzka Akademia Nauk ogłosiła trzech laureatów Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki za 2022 rok: Alain Aspect, John F. Clauser i Anton Zeilinger „za eksperymenty ze splątanymi fotonami, ustalenie naruszenia nierówności Bella i pionierską informatykę kwantową”.
4 października 2022 chwilę po godzinie 11.45 Królewska Szwedzka Akademia Nauk ogłosiła przyznanie Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki 2022. Laureatami zostali:
1) Alain Aspekt, Université Paris-Saclay i École Polytechnique, Palaiseau, Francja
2) John F. Clauser, J.F. Clauser & Assoc., Walnut Creek, Kalifornia, USA
3) Anton Zeilinger Uniwersytet Wiedeński, Austria
„za eksperymenty ze splątanymi fotonami, ustalenie naruszenia nierówności Bella i pionierską informatykę kwantową”.
Stany uwikłane – od teorii do technologii
Alain Aspect, John Clauser i Anton Zeilinger przeprowadzili przełomowe eksperymenty z wykorzystaniem splątanych stanów kwantowych, w których dwie cząstki zachowują się jak pojedyncza jednostka, nawet gdy są rozdzielone. Ich wyniki utorowały drogę dla nowej technologii opartej na informacjach kwantowych. Dzisiaj efekty mechaniki kwantowej zaczynają znajdować zastosowanie. Dzięki ich badaniom powstała i rozwija się obszerna dziedzina badań obejmująca komputery kwantowe, sieci kwantowe i bezpieczną szyfrowaną komunikację kwantową.
Jednym z kluczowych czynników w tym rozwoju jest sposób, w jaki mechanika kwantowa pozwala dwóm lub większej liczbie cząstek istnieć w tak zwanym stanie splątanym. To, co dzieje się z jedną z cząstek w splątanej parze, decyduje o tym, co dzieje się z drugą cząstką, nawet jeśli są daleko od siebie.
Przez długi czas pytanie brzmiało, czy korelacja wynika z tego, że cząstki w splątanej parze zawierają ukryte zmienne, instrukcje, które mówią im, jaki wynik mają dać w eksperymencie. W latach 60. John Stewart Bell rozwinął matematyczną nierówność, którą nazwano jego imieniem. Zakładała ona, że jeśli istnieją ukryte zmienne, korelacja między wynikami dużej liczby pomiarów nigdy nie przekroczy pewnej wartości. Jednak mechanika kwantowa przewiduje, że pewien rodzaj eksperymentu naruszy nierówność Bella, powodując w ten sposób silniejszą korelację, niż byłaby możliwa w innym przypadku.
John Clauser rozwinął pomysły Johna Bella, sprawdzając ich założenia w praktycznym eksperymencie. Kiedy wykonał pomiary, wyniki wskazywały na poprawność założeń mechaniki kwantowej, wyraźnie naruszając nierówność Bella. Oznacza to, że mechaniki kwantowej nie można zastąpić teorią wykorzystującą ukryte zmienne.
Po eksperymencie Johna Clausera pozostały jednak pewne luki. Alain Aspect opracował rozwiązanie domykające jedną z nich. Był w stanie przełączyć ustawienia pomiaru po tym, jak splątana para opuściła swoje źródło, dowodząc w ten sposób, że ustawienie, które istniało w momencie emisji, nie mogło wpłynąć na wynik obliczeń w stanie późniejszym.
Korzystając z udoskonalonych narzędzi i długich serii eksperymentów, Anton Zeilinger zaczął wykorzystywać splątane stany kwantowe. Jego grupa badawcza wykazała między innymi zjawisko zwane teleportacją kwantową, które umożliwia przenoszenie stanu kwantowego z jednej cząstki na drugą na odległość.
– Stało się w końcu jasne, że pojawia się nowy rodzaj technologii kwantowej. Widzimy, że praca laureatów ze stanami splątanymi ma ogromne znaczenie nawet poza fundamentalnymi pytaniami o interpretację mechaniki kwantowej – mówi Anders Irbäck, przewodniczący Komitetu Noblowskiego Fizyki.
Źródło: Nobelprice.org (materiały prasowe)
