فاز آلان أسبكت وجون كلاوزر وأنطون زيلينجر بجائزة نوبل للفيزياء لعام 2022. فاز الثلاثي "عن تجاربهم مع الفوتونات المتشابكة، والتي أثبتت انتهاك متباينات بيل وريادة علم المعلومات الكمومية".
ومن المقرر أن يتم تقديم الجائزة في ستوكهولم في ديسمبر/كانون الأول وتبلغ قيمتها 10 ملايين كرونة (900,000 ألف دولار). وسيتم تقاسمها بالتساوي بين الفائزين.
ومن خلال العمل بشكل مستقل، أجرى الفائزون الثلاثة تجارب أساسية أثبتت الخاصية الكمومية للتشابك. وهذا تأثير غريب حيث يُظهر جسيمان أو أكثر ارتباطات أقوى بكثير مما هو ممكن في الفيزياء الكلاسيكية. يلعب التشابك دورًا مهمًا في أجهزة الكمبيوتر الكمومية، والتي من حيث المبدأ يمكن أن تتفوق على أجهزة الكمبيوتر التقليدية في بعض المهام.
عدم مساواة بيل
قامت التجارب الثلاث جميعها بقياس انتهاكات متباينة بيل، والتي تضع حدًا للارتباطات التي يمكن ملاحظتها في النظام الكلاسيكي. مثل هذه الانتهاكات هي تنبؤ مهم لنظرية الكم.
تم إجراء التجربة الأولى في عام 1972 في جامعة كاليفورنيا في بيركلي بواسطة كلاوزر، الذي قام بقياس الارتباطات بين استقطابات أزواج الفوتونات التي تم إنشاؤها في التحول الذري. وأظهر أن متباينة بيل قد انتُهكت، مما يعني أن أزواج الفوتون كانت متشابكة.
ومع ذلك، كان هناك العديد من أوجه القصور أو "الثغرات" في هذه التجربة، مما يجعلها غير حاسمة. فمن الممكن، على سبيل المثال، أن الفوتونات المكتشفة لم تكن عينة عادلة من جميع الفوتونات المنبعثة من المصدر – وهي ثغرة الكشف. ومن الممكن أيضًا أن تكون بعض جوانب التجربة التي يُعتقد أنها مستقلة كانت مرتبطة بطريقة سببية بطريقة أو بأخرى، وهو ما يمثل ثغرة المحلية.
وبعد مرور عشر سنوات، في عام 1982، قام آسبكت وزملاؤه في جامعة باريس سود في أورساي بفرنسا بتحسين تجربة كلاوزر باستخدام نظام كشف ثنائي القناة. وقد أدى هذا إلى تجنب وضع افتراضات حول الفوتونات التي تم اكتشافها. كما قاموا بتغيير اتجاه مرشحات الاستقطاب أثناء قياساتهم. ومرة أخرى، وجدوا أن متباينة بيل قد تم انتهاكها.
الثغرة الثالثة
تم إغلاق الثغرة المحلية في عام 1998 من قبل زيلينجر وزملائه في جامعة إنسبروك في النمسا. استخدموا مولدين كميين للأرقام العشوائية مستقلين تمامًا لتحديد اتجاهات قياسات الفوتون. ونتيجة لذلك، تم تحديد الاتجاه الذي تم من خلاله قياس استقطاب كل فوتون في اللحظة الأخيرة، بحيث لا تتمكن أي إشارة تسير بسرعة أبطأ من سرعة الضوء من نقل المعلومات إلى الجانب الآخر قبل تسجيل ذلك الفوتون.
بالإضافة إلى تأكيد التنبؤ الأساسي لميكانيكا الكم، وضعت التجارب الثلاث الأساس لتطوير تقنيات الكم الحديثة.
وفي حديثه في المؤتمر الصحفي عند الإعلان عن الجائزة، قال زيلينجر إنه "فوجئ للغاية" بتلقي اتصال من لجنة نوبل. "هذه الجائزة هي تشجيع للشباب، ولم تكن هذه الجائزة ممكنة لولا وجود أكثر من 100 شاب عملوا معي على مر السنين. لم يكن بإمكاني تحقيق هذا بمفردي”.
وقال زيلينجر أيضًا إنه يأمل أن تشجع الجائزة الباحثين الشباب.
"نصيحتي للشباب هي أن يفعلوا ما يجدونه مثيراً للاهتمام ولا يهتموا كثيراً بالتطبيقات المحتملة. ومن ناحية أخرى، يعد هذا الاعتراف مهمًا جدًا للتطوير المستقبلي للتطبيقات الممكنة. أشعر بالفضول لما سنراه في السنوات العشر إلى العشرين المقبلة.
تأثير عميق
شيلا روان، رئيس معهد الفيزياء الذي ينشر عالم الفيزياءوهنأ الثلاثي على تقديرهم "المستحق". وأضافت: "هذا مجال من مجالات الفيزياء له تأثير مستمر وعميق، على المستوى الأساسي للمساعدة في فهم العالم من حولنا ويتم استكشافه لاستخدامه في تقنيات جديدة للغاية للاستشعار والاتصالات اليوم".
فيزيائي الكم أرتور إكيرت يقول من جامعة أكسفورد إنه على الرغم من أنه "سعيد" لرؤية هذا المجال والثلاثي يتم تكريمهم بجائزة نوبل لهذا العام، إلا أنه يضيف أنه من "المؤسف" أن جون بيل، الذي صاغ المتباينات، غاب عنه نظرًا لأنه توفي عام 1990 ولا يتم منح جوائز نوبل بعد وفاته.
ويضيف إيكيرت أن ظهور التشفير الكمي قد وفر دافعًا إضافيًا لدفع تجارب عدم المساواة التي أجراها بيل إلى أقصى حدودها. يضيف إيكيرت: "من أسس المنظور العلمي، أعتقد أنه كان لا بد من إجراء تجارب بيل بشأن عدم المساواة، فهي تدحض وجهة نظر معينة للعالم، ومن ثم فهي مهمة". "إن إصلاح جميع الثغرات في مثل هذه التجارب قصة أخرى. وربما يكون هذا أكثر أهمية بالنسبة لمنظور التشفير الكمي، كما لو كنا نريد استخدام متباينات بيل للكشف عن التنصت، علينا سد الثغرات.
وفي الواقع، جاءت التهاني أيضًا من أولئك الذين يحاولون استخدام أعمال Aspect وClauser وZeilinger في التطبيقات العملية. وفي بيان مشترك، إلياس خان وتوني أوتلي، الرئيس التنفيذي والرئيس، على التوالي، لشركة تكنولوجيا الكم الكمياتوأشاروا إلى أنهم شعروا بسعادة غامرة” بهذا الإعلان.
"إن هذا الاعتراف بقوة أنظمة المعلومات الكمومية يأتي في الوقت المناسب من عدة جوانب، ولكن قبل كل شيء هو اعتراف رائع بحقيقة أن التقدم التجريبي يدعم ثورة تكنولوجيات الكم التي نبدأها."
حياة في العلم
وُلد آسبكت في مدينة أجان بفرنسا في 15 يونيو/حزيران 1947. واجتاز امتحان "agrégation" - الامتحان الوطني الفرنسي - في الفيزياء عام 1969 وحصل على درجة الماجستير من جامعة أورساي بعد ذلك بعامين. ثم شرع في الحصول على درجة الدكتوراه في جامعة أورساي، حيث عمل على الاختبارات التجريبية لمتباينات بيل، والتي أكملها في عام 1983.
بعد أن أمضى فترة محاضرات في المدرسة العليا للأساتذة في كاشان، والتي شغلها آسبكت أثناء تحضيره لدرجة الدكتوراه، عمل في عام 1985 في كوليج دو فرانس في باريس. وفي عام 1992 انتقل بعد ذلك إلى مختبر تشارلز فابري لمعهد البصريات بجامعة باريس ساكلاي.
ولد كلاوزر في باسادينا، كاليفورنيا، في الأول من ديسمبر عام 1. حصل على درجة البكالوريوس في الفيزياء من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا عام 1942، ثم حصل على درجة الماجستير في الفيزياء بعد ذلك بعامين. وفي عام 1964 حصل على درجة الدكتوراه في الفيزياء من جامعة كولومبيا.
من عام 1969 إلى عام 1975 كان كلاوزر باحثًا في مختبر لورانس بيركلي الوطني ومن عام 1975 إلى عام 1986 عمل في مختبر لورانس ليفرمور الوطني. بعد أن قضى فترة كعالم كبير في شركة Science Applications International Corporation الأمريكية، انتقل في عام 1990 إلى جامعة كاليفورنيا، بيركلي حتى عام 1997 حيث ركز بعد ذلك على شركته البحثية والاستشارات JF Clauser & Associates.
أنطون زيلينجر: رائد الكم
ولد زيلينجر في ريد إم إنكريس بالنمسا في 20 مايو 1945. وفي عام 1963 بدأ دراسة الفيزياء والرياضيات في جامعة فيينا وفي عام 1971 أكمل درجة الدكتوراه في الفيزياء الذرية. ثم عمل في المعهد الذري في فيينا حتى عام 1983 قبل أن يتوجه إلى جامعة فيينا للتكنولوجيا.
في عام 1990 انتقل زيلينجر إلى جامعة إنسبروك وفي عام 1999 عمل في جامعة فيينا حيث أصبح أيضًا مديرًا لمعهد البصريات الكمومية والمعلومات الكمومية ومقره فيينا من عام 2004 إلى عام 2013. وفي عام 2013 شغل منصب رئيس الأكاديمية النمساوية العلوم، وهو المنصب الذي شغله حتى هذا العام.
