Οι Alain Aspect, John Clauser και Anton Zeilinger κέρδισαν το Νόμπελ Φυσικής 2022. Το τρίο κέρδισε «για τα πειράματά τους με μπερδεμένα φωτόνια, που αποδεικνύουν την παραβίαση των ανισοτήτων του Bell και την πρωτοποριακή επιστήμη της κβαντικής πληροφορίας».
Το βραβείο θα απονεμηθεί στη Στοκχόλμη τον Δεκέμβριο και αξίζει 10 εκατομμύρια κορώνες (900,000 δολάρια). Θα μοιραστεί εξίσου μεταξύ των νικητών.
Δουλεύοντας ανεξάρτητα, οι τρεις βραβευθέντες έκαναν βασικά πειράματα που καθιέρωσαν την κβαντική ιδιότητα της εμπλοκής. Αυτό είναι ένα περίεργο αποτέλεσμα όπου δύο ή περισσότερα σωματίδια εμφανίζουν πολύ ισχυρότερους συσχετισμούς από ό,τι είναι δυνατό στην κλασική φυσική. Η διαπλοκή παίζει σημαντικό ρόλο στους κβαντικούς υπολογιστές, οι οποίοι κατ' αρχήν θα μπορούσαν να ξεπεράσουν τους συμβατικούς υπολογιστές σε ορισμένες εργασίες.
Η ανισότητα του Μπελ
Και τα τρία από τα πειράματα μέτρησαν παραβιάσεις της ανισότητας του Bell, η οποία θέτει ένα όριο στις συσχετίσεις που μπορούν να παρατηρηθούν σε ένα κλασικό σύστημα. Τέτοιες παραβιάσεις είναι μια σημαντική πρόβλεψη της κβαντικής θεωρίας.
Το πρώτο πείραμα έγινε το 1972 στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ από τον Clauser, ο οποίος μέτρησε τις συσχετίσεις μεταξύ των πόλεων των ζευγών φωτονίων που δημιουργήθηκαν σε μια ατομική μετάπτωση. Έδειξε ότι η ανισότητα του Bell παραβιάστηκε – πράγμα που σήμαινε ότι τα ζεύγη φωτονίων ήταν μπλεγμένα.
Ωστόσο, υπήρχαν αρκετές ελλείψεις ή «παραθυράκια» σε αυτό το πείραμα, που το καθιστούσαν ασαφές. Είναι πιθανό, για παράδειγμα, τα φωτόνια που ανιχνεύθηκαν να μην ήταν ένα δίκαιο δείγμα όλων των φωτονίων που εκπέμπονται από την πηγή - που είναι το κενό ανίχνευσης. Είναι επίσης πιθανό ορισμένες πτυχές του πειράματος που πιστεύεται ότι είναι ανεξάρτητες να συνδέονταν κατά κάποιον τρόπο αιτιακά – που είναι το κενό της τοποθεσίας.
Δέκα χρόνια αργότερα, το 1982, ο Aspect και οι συνεργάτες του στο Université Paris-Sud στο Orsay της Γαλλίας, βελτίωσαν το πείραμα του Clauser χρησιμοποιώντας ένα σχήμα ανίχνευσης δύο καναλιών. Αυτό απέφυγε να κάνει υποθέσεις σχετικά με τα φωτόνια που ανιχνεύθηκαν. Επίσης διαφοροποίησαν τον προσανατολισμό των πολωτικών φίλτρων κατά τις μετρήσεις τους. Και πάλι, διαπίστωσαν ότι η ανισότητα του Bell παραβιάστηκε.
Τρίτο παραθυράκι
Το παραθυράκι της τοποθεσίας έκλεισε το 1998 από τον Zeilinger και τους συνεργάτες του στο Πανεπιστήμιο του Innsbruck στην Αυστρία. Χρησιμοποίησαν δύο πλήρως ανεξάρτητες κβαντικές γεννήτριες τυχαίων αριθμών για να ορίσουν τις κατευθύνσεις των μετρήσεων των φωτονίων. Ως αποτέλεσμα, η κατεύθυνση κατά την οποία μετρήθηκε η πόλωση κάθε φωτονίου αποφασίστηκε την τελευταία στιγμή, έτσι ώστε κανένα σήμα που ταξιδεύει πιο αργά από την ταχύτητα του φωτός δεν θα μπορούσε να μεταφέρει πληροφορίες στην άλλη πλευρά πριν από την καταχώρηση αυτού του φωτονίου.
Εκτός από την επιβεβαίωση μιας θεμελιώδους πρόβλεψης της κβαντικής μηχανικής, τα τρία πειράματα έθεσαν τις βάσεις για την ανάπτυξη σύγχρονων κβαντικών τεχνολογιών.
Μιλώντας στη συνέντευξη Τύπου όταν ανακοινώθηκε το βραβείο, ο Ζάιλινγκερ είπε ότι ήταν «πολύ έκπληκτος» που έλαβε κλήση από την επιτροπή Νόμπελ. «Αυτό το βραβείο είναι μια ενθάρρυνση για τους νέους και το βραβείο δεν θα ήταν δυνατό χωρίς περισσότερους από 100 νέους που έχουν εργαστεί μαζί μου όλα αυτά τα χρόνια. Μόνο εγώ δεν θα μπορούσα να το πετύχω».
Ο Ζάιλινγκερ είπε επίσης ότι ελπίζει ότι το βραβείο θα ενθάρρυνε νέους ερευνητές.
«Η συμβουλή μου στους νέους θα ήταν να κάνετε ό,τι βρίσκετε ενδιαφέρον και να μην ενδιαφέρεστε πολύ για πιθανές εφαρμογές. Από την άλλη, αυτή η αναγνώριση είναι πολύ σημαντική για τη μελλοντική ανάπτυξη πιθανών εφαρμογών. Είμαι περίεργος τι θα δούμε τα επόμενα 10-20 χρόνια».
Βαθιά επίδραση
Σίλα Ρόουαν, πρόεδρος του Ινστιτούτου Φυσικής, που εκδίδει Κόσμος Φυσικής, συνεχάρη την τριάδα για την «άξια» αναγνώρισή τους. «Αυτός είναι ένας τομέας της φυσικής με συνεχή, βαθύ αντίκτυπο, σε θεμελιώδες επίπεδο για να βοηθήσει στην κατανόηση του κόσμου γύρω μας και να διερευνηθεί για χρήση σε εξαιρετικά καινοτόμες τεχνολογίες για την αίσθηση και την επικοινωνία σήμερα», πρόσθεσε.
Κβαντικός φυσικός Άρτουρ Έκερτ από το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης λέει ότι ενώ είναι «ευτυχισμένος» που βλέπει το γήπεδο και την τριάδα να αναγνωρίζονται με το φετινό Νόμπελ, προσθέτει ότι είναι «κρίμα» που ο John Bell, ο οποίος διατύπωσε τις ανισότητες, έχασε την ευκαιρία, δεδομένου ότι πέθανε το 1990 και τα βραβεία Νόμπελ δεν απονέμονται μετά θάνατον.
Ο Ekert προσθέτει ότι η έλευση της κβαντικής κρυπτογραφίας έδωσε ένα επιπλέον κίνητρο για να ωθήσουν τα πειράματα ανισότητας Bell στα όριά τους. «Από τα θεμέλια της επιστημονικής προοπτικής, νομίζω ότι τα πειράματα ανισότητας Bell απλά έπρεπε να γίνουν - αντικρούουν μια συγκεκριμένη κοσμοθεωρία και επομένως είναι σημαντικά», προσθέτει ο Ekert. «Η διόρθωση όλων των κενών σε τέτοια πειράματα είναι μια άλλη ιστορία. Αυτό είναι πιθανώς πιο σημαντικό για την προοπτική της κβαντικής κρυπτογραφίας, καθώς αν θέλουμε να χρησιμοποιήσουμε τις ανισότητες Bell για να ανιχνεύσουμε την υποκλοπή, πρέπει να κλείσουμε τα κενά».
Πράγματι, συγχαρητήρια ήρθαν και από όσους προσπαθούν να χρησιμοποιήσουν τη δουλειά των Aspect, Clauser και Zeilinger για πρακτικές εφαρμογές. Σε κοινή δήλωση, ο Ilyas Khan και ο Tony Uttley, διευθύνων σύμβουλος και πρόεδρος, αντίστοιχα, της εταιρείας κβαντικής τεχνολογίας Κβαντίνο, σημείωσε ότι ενθουσιάστηκαν» από την ανακοίνωση.
«Αυτή η αναγνώριση της δύναμης των κβαντικών συστημάτων πληροφοριών είναι επίκαιρη από πολλές απόψεις, αλλά πάνω από όλα είναι μια θαυμάσια αναγνώριση του γεγονότος ότι οι πειραματικές πρόοδοι στηρίζουν την επανάσταση των κβαντικών τεχνολογιών στην οποία ξεκινούμε».
Μια ζωή στην επιστήμη
Ο Aspect γεννήθηκε στο Agen της Γαλλίας, στις 15 Ιουνίου 1947. Πέρασε το "agrégation" - την εθνική εξέταση των γαλλικών - στη φυσική το 1969 και έλαβε το μεταπτυχιακό του από το Université d'Orsay δύο χρόνια αργότερα. Στη συνέχεια ξεκίνησε διδακτορικό στο Orsay, δουλεύοντας σε πειραματικά τεστ των ανισοτήτων του Bell, τα οποία ολοκλήρωσε το 1983.
Μετά από μια διάλεξη στην Ecole Normale Supérieure de Cachan, την οποία ο Aspect έκανε ενώ έκανε το διδακτορικό του, το 1985 εργάστηκε στο Collège de France στο Παρίσι. Το 1992 μετακόμισε στο Laboratoire Charles Fabry de l'Institut d'Optique στο Université Paris-Saclay.
Ο Clauser γεννήθηκε στην Πασαντένα της Καλιφόρνια την 1η Δεκεμβρίου 1942. Έλαβε το πτυχίο του στη φυσική από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Καλιφόρνια το 1964 και το μεταπτυχιακό του στη φυσική δύο χρόνια αργότερα. Το 1969 έλαβε διδακτορικό στη φυσική από το Πανεπιστήμιο Κολούμπια.
Από το 1969 έως το 1975 ο Clauser ήταν ερευνητής στο Lawrence Berkeley National Laboratory και από το 1975 έως το 1986 εργάστηκε στο Lawrence Livermore National Laboratory. Μετά από μια θητεία ως ανώτερος επιστήμονας στην αμερικανική εταιρεία Science Applications International Corporation, το 1990 μετακόμισε στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ μέχρι το 1997, όπου στη συνέχεια επικεντρώθηκε στην ερευνητική και συμβουλευτική εταιρεία JF Clauser & Associates.
Anton Zeilinger: ένας κβαντικός πρωτοπόρος
Ο Zeilinger γεννήθηκε στο Ried im Innkreis της Αυστρίας στις 20 Μαΐου 1945. Το 1963 άρχισε να σπουδάζει φυσική και μαθηματικά στο Πανεπιστήμιο της Βιέννης και το 1971 ολοκλήρωσε το διδακτορικό του στην ατομική φυσική. Στη συνέχεια εργάστηκε στο Ατομικό Ινστιτούτο της Βιέννης μέχρι το 1983 πριν κατευθυνθεί στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο της Βιέννης.
Το 1990 ο Ζάιλινγκερ μετακόμισε στο Πανεπιστήμιο του Ίνσμπρουκ και το 1999 εργάστηκε στο Πανεπιστήμιο της Βιέννης όπου έγινε επίσης διευθυντής του Ινστιτούτου Κβαντικής Οπτικής και Κβαντικής Πληροφορίας με έδρα τη Βιέννη από το 2004 έως το 2013. Το 2013 διετέλεσε πρόεδρος της Αυστριακής Ακαδημίας Επιστημών, θέση που κατείχε μέχρι φέτος.
