Alain Aspect, John Clauser og Anton Zeilinger har vundet Nobelprisen i fysik i 2022. Trioen vandt "for deres eksperimenter med sammenfiltrede fotoner, der fastslår krænkelsen af Bells uligheder og banebrydende kvanteinformationsvidenskab".
Prisen bliver overrakt i Stockholm i december og er værd 10 millioner kroner (900,000 USD). Det vil blive delt ligeligt mellem vinderne.
Ved at arbejde uafhængigt udførte de tre prismodtagere nøgleeksperimenter, der etablerede kvanteegenskaben ved sammenfiltring. Dette er en mærkelig effekt, hvor to eller flere partikler viser meget stærkere korrelationer, end det er muligt i klassisk fysik. Entanglement spiller en vigtig rolle i kvantecomputere, som i princippet kunne overgå konventionelle computere til nogle opgaver.
Bells ulighed
Alle tre eksperimenter målte krænkelser af Bells ulighed, hvilket sætter en grænse for de sammenhænge, der kan observeres i et klassisk system. Sådanne overtrædelser er en vigtig forudsigelse af kvanteteori.
Det første eksperiment blev udført i 1972 ved University of California i Berkeley af Clauser, som målte korrelationerne mellem polarisationerne af par af fotoner, der blev skabt i en atomart overgang. Han viste, at Bells ulighed blev krænket – hvilket betød, at fotonparrene var viklet ind.
Der var dog adskillige mangler eller "smuthuller" i dette eksperiment, hvilket gjorde det inkonklusivt. Det er for eksempel muligt, at de detekterede fotoner ikke var en retfærdig prøve af alle fotoner udsendt af kilden - som er detektionssmuthullet. Det er også muligt, at nogle aspekter af eksperimentet, der menes at være uafhængige, på en eller anden måde var kausalt forbundet - hvilket er lokalitetssmuthullet.
Ti år senere, i 1982, forbedrede Aspect og kolleger ved Université Paris-Sud i Orsay, Frankrig, Clausers eksperiment ved at bruge et to-kanals detektionsskema. Dette undgik at gøre antagelser om de fotoner, der blev detekteret. De varierede også orienteringen af polarisationsfiltrene under deres målinger. Igen fandt de ud af, at Bells ulighed blev krænket.
Tredje hul
Lokalitetssmuthullet blev lukket i 1998 af Zeilinger og kolleger ved universitetet i Innsbruck i Østrig. De brugte to fuldt uafhængige kvantetilfældige talgeneratorer til at indstille retningerne for fotonmålingerne. Som et resultat blev retningen, langs hvilken polariseringen af hver foton blev målt, bestemt i sidste øjeblik, således at intet signal, der rejser langsommere end lysets hastighed, ville være i stand til at overføre information til den anden side, før denne foton blev registreret.
Ud over at bekræfte en grundlæggende forudsigelse af kvantemekanik, lagde de tre eksperimenter grundlaget for udviklingen af moderne kvanteteknologier.
Da han talte på pressekonferencen, da prisen blev offentliggjort, sagde Zeilinger, at han var "meget overrasket" over at modtage et opkald fra Nobelkomiteen. "Denne pris er en opmuntring til unge mennesker, og prisen ville ikke være mulig uden mere end 100 unge mennesker, som har arbejdet sammen med mig gennem årene. Jeg alene kunne ikke have opnået dette."
Zeilinger sagde også, at han håbede, at prisen ville opmuntre unge forskere.
“Mit råd til de unge ville være at gøre, hvad du synes er interessant, og ikke bekymre dig for meget om mulige ansøgninger. På den anden side er denne anerkendelse meget vigtig for den fremtidige udvikling af mulige applikationer. Jeg er spændt på, hvad vi vil se i de næste 10-20 år."
En dyb indvirkning
Sheila Rowan, formand for Institut for Fysik, som udgiver Fysik verden, lykønskede trioen med deres "velfortjente" anerkendelse. "Dette er et område af fysik med vedvarende, dyb indvirkning på et grundlæggende niveau for at hjælpe med at forstå verden omkring os og blive udforsket til brug i helt nye teknologier til sansning og kommunikation i dag," tilføjede hun.
Kvantefysiker Artur Ekert fra University of Oxford siger, at selvom han er "glad" for at se feltet og trioen blive anerkendt med dette års Nobel, tilføjer han, at det er "ærgerligt", at John Bell, der formulerede ulighederne, gik glip af, at han døde i 1990 og nobelpriser uddeles ikke posthumt.
Ekert tilføjer, at fremkomsten af kvantekryptografi har givet en yderligere motivation til at presse Bell-ulighedseksperimenterne til deres grænser. "Fra et videnskabeligt perspektiv tror jeg, at Bell-ulighedseksperimenterne simpelthen skulle udføres - de modbeviser et bestemt verdenssyn, og så er de vigtige," tilføjer Ekert. "At rette alle smuthullerne i sådanne eksperimenter er en anden historie. Dette er sandsynligvis vigtigere for kvantekryptografi-perspektivet, som hvis vi ønsker at bruge Bell-uligheder til at opdage aflytning, er vi nødt til at lukke smuthullerne."
Der kom også lykønskninger fra dem, der forsøger at bruge arbejdet fra Aspect, Clauser og Zeilinger til praktiske anvendelser. I en fælles erklæring, Ilyas Khan og Tony Uttley, henholdsvis administrerende direktør og præsident for kvanteteknologifirmaet Kvantinuum, bemærkede, at de var begejstrede" af meddelelsen.
"Denne erkendelse af kraften i kvanteinformationssystemer er rettidig på mange måder, men frem for alt er en vidunderlig anerkendelse af det faktum, at eksperimentelle fremskridt understøtter den kvanteteknologiske revolution, som vi er i gang med."
Et liv i videnskaben
Aspect blev født i Agen, Frankrig, den 15. juni 1947. Han bestod "agrégation" - den nationale franske eksamen - i fysik i 1969 og modtog sin kandidatgrad fra Université d'Orsay to år senere. Han begyndte derefter på en ph.d.-grad på Orsay, hvor han arbejdede på eksperimentelle test af Bells uligheder, som han afsluttede i 1983.
Efter et lektorat på Ecole Normale Supérieure de Cachan, som Aspect havde, mens han lavede sin ph.d., arbejdede han i 1985 på Collège de France i Paris. I 1992 flyttede han derefter til Laboratoire Charles Fabry de l'Institut d'Optique ved Université Paris-Saclay.
Clauser blev født i Pasadena, Californien, den 1. december 1942. Han modtog sin bachelorgrad i fysik fra California Institute of Technology i 1964 og en kandidatgrad i fysik to år senere. I 1969 modtog han en PhD i fysik fra Columbia University.
Fra 1969 til 1975 var Clauser forsker ved Lawrence Berkeley National Laboratory og arbejdede fra 1975 til 1986 ved Lawrence Livermore National Laboratory. Efter et ophold som seniorforsker hos det amerikanske firma Science Applications International Corporation, flyttede han i 1990 til University of California, Berkeley indtil 1997, hvor han derefter fokuserede på sit forsknings- og konsulentfirma JF Clauser & Associates.
Anton Zeilinger: en kvantepioner
Zeilinger blev født i Ried im Innkreis, Østrig, den 20. maj 1945. I 1963 begyndte han at studere fysik og matematik ved universitetet i Wien og afsluttede i 1971 sin ph.d. i atomfysik. Derefter arbejdede han på Atominstituttet i Wien indtil 1983, før han tog til Wiens teknologiske universitet.
I 1990 flyttede Zeilinger til universitetet i Innsbruck og arbejdede i 1999 på universitetet i Wien, hvor han også blev direktør for det Wien-baserede institut for kvanteoptik og kvanteinformation fra 2004 til 2013. I 2013 fungerede han som præsident for det østrigske akademi of Sciences, en stilling han havde indtil i år.
