Alain Aspect, John Clauser ja Anton Zeilinger ovat voittaneet vuoden 2022 fysiikan Nobelin. Trio voitti "kokeistaan sotkeutuneilla fotoneilla, jotka totesivat Bellin eriarvoisuuksien rikkomisen ja uraauurtavan kvanttitietotieteen".
Palkinto luovutetaan Tukholmassa joulukuussa, ja sen arvo on 10 miljoonaa kruunua (900,000 XNUMX dollaria). Se jaetaan tasan voittajien kesken.
Itsenäisesti työskennelleet kolme voittajaa tekivät keskeisiä kokeita, jotka vahvistivat takertumisen kvanttiominaisuuden. Tämä on omituinen vaikutus, jossa kahdella tai useammalla hiukkasella on paljon vahvempi korrelaatio kuin klassisessa fysiikassa on mahdollista. Kietoutumisella on tärkeä rooli kvanttitietokoneissa, jotka periaatteessa voisivat joissakin tehtävissä ylittää perinteiset tietokoneet.
Bellin epätasa-arvo
Kaikissa kolmessa kokeessa mitattiin Bellin epätasa-arvon rikkomuksia, mikä asettaa rajan klassisessa järjestelmässä havaittaville korrelaatioille. Tällaiset rikkomukset ovat tärkeä kvanttiteorian ennuste.
Ensimmäisen kokeen teki vuonna 1972 Kalifornian yliopistossa Berkeleyssä Clauser, joka mittasi korrelaatioita atomien siirtymävaiheessa syntyneiden fotoniparien polarisaatioiden välillä. Hän osoitti, että Bellin epätasa-arvoa rikottiin – mikä tarkoitti, että fotoniparit sotkeutuivat.
Tässä kokeilussa oli kuitenkin useita puutteita tai "porsaanreikiä", mikä teki siitä epäselvän. On esimerkiksi mahdollista, että havaitut fotonit eivät olleet reilu näyte kaikista lähteen lähettämistä fotoneista – mikä on havaitsemisen porsaanreikä. On myös mahdollista, että jotkin kokeen riippumattomiksi pidetyt aspektit liittyivät jotenkin kausaalisesti toisiinsa – mikä on paikkakunnan porsaanreikä.
Kymmenen vuotta myöhemmin, vuonna 1982, Aspect ja kollegat Université Paris-Sudissa Orsayssa Ranskassa paransivat Clauserin koetta käyttämällä kaksikanavaista tunnistusjärjestelmää. Näin vältyttiin tekemästä olettamuksia havaituista fotoneista. He myös vaihtelivat polarisaatiosuodattimien suuntausta mittaustensa aikana. Jälleen he havaitsivat, että Bellin epätasa-arvoa rikottiin.
Kolmas porsaanreikä
Zeilinger ja kollegat Innsbruckin yliopistosta Itävallassa sulkivat paikkakunnan porsaanreiän vuonna 1998. He käyttivät kahta täysin riippumatonta kvantti-satunnaislukugeneraattoria asettamaan fotonimittausten suunnat. Tämän seurauksena kunkin fotonin polarisaatiomittaussuunta päätettiin viime hetkellä, jotta mikään valonnopeutta hitaammin kulkeva signaali ei pystyisi siirtämään tietoa toiselle puolelle ennen fotonin rekisteröintiä.
Sen lisäksi, että kolme koetta vahvistivat kvanttimekaniikan perustavanlaatuisen ennusteen, ne loivat pohjan nykyaikaisten kvanttitekniikoiden kehittämiselle.
Puhuessaan lehdistötilaisuudessa, kun palkinto julkistettiin, Zeilinger sanoi olevansa "erittäin yllättynyt" saatuaan puhelun Nobel-komitealta. ”Tämä palkinto on rohkaisu nuorille, eikä palkinto olisi mahdollinen ilman yli 100 nuorta, jotka ovat työskennelleet kanssani vuosien varrella. Yksin en olisi voinut saavuttaa tätä."
Zeilinger sanoi myös toivovansa palkinnon rohkaisevan nuoria tutkijoita.
”Neuvoni nuorille olisi tehdä sitä, mikä itsestäsi kiinnostaa, äläkä välitä liikaa mahdollisista sovelluksista. Toisaalta tämä tunnustus on erittäin tärkeä mahdollisten sovellusten tulevan kehittämisen kannalta. Olen utelias, mitä näemme seuraavan 10–20 vuoden kuluttua.
Syvällinen vaikutus
Sheila Rowan, julkaisevan Fysiikan instituutin presidentti Fysiikan maailma, onnitteli triota "hyvin ansaitusta" tunnustuksesta. "Tämä on fysiikan ala, jolla on jatkuva, syvällinen vaikutus perustasolla, joka auttaa ymmärtämään ympärillämme olevaa maailmaa ja jota tutkitaan käytettäväksi erittäin uusissa tunnistus- ja viestintätekniikoissa nykyään", hän lisäsi.
Kvanttifyysikko Artur Ekert Oxfordin yliopistosta sanoo olevansa "iloinen" nähdessään kentän ja kolmikon tunnustuksen tämän vuoden Nobel-palkinnolla, mutta hän lisää, että on "sääli", että eriarvoisuudet muotoillut John Bell jätti huomioimatta, koska hän kuoli vuonna 1990, eikä Nobel-palkintoja jaeta kuoleman jälkeen.
Ekert lisää, että kvanttisalauksen tulo on lisännyt motivaatiota työntää Bellin epätasa-arvokokeet äärimmilleen. ”Tieteen perusteista katsottuna Bellin epätasa-arvokokeet oli mielestäni yksinkertaisesti tehtävä – ne kumoavat tietyn maailmankuvan ja ovat siksi tärkeitä”, Ekert lisää. "Kaikkien porsaanreikien korjaaminen tällaisissa kokeiluissa on toinen tarina. Tämä on luultavasti tärkeämpää kvanttisalauksen näkökulmasta, sillä jos haluamme käyttää Bellin epätasa-arvoa salakuuntelun havaitsemiseen, meidän on suljettava porsaanreiät.
Onnittelut tulivat myös niiltä, jotka yrittävät käyttää Aspectin, Clauserin ja Zeilingerin töitä käytännön sovelluksiin. Yhteisessä lausunnossaan kvanttiteknologiayrityksen toimitusjohtaja Ilyas Khan ja Tony Uttley. Kvanttiuumi, totesivat olevansa innoissaan" ilmoituksesta.
"Tämä kvanttitietojärjestelmien tehon tunnustaminen on monessa suhteessa ajankohtaista, mutta ennen kaikkea se on loistava tunnustus siitä, että kokeelliset edistysaskeleet ovat perustamassamme kvanttiteknologian vallankumoukselle."
Elämä tieteessä
Aspect syntyi Agenissa, Ranskassa, 15. kesäkuuta 1947. Hän läpäisi "agrégationin" eli kansallisen ranskalaisen kokeen fysiikan alalta vuonna 1969 ja suoritti maisterin tutkinnon Université d'Orsaysta kaksi vuotta myöhemmin. Sitten hän aloitti tohtorintutkinnon Orsayssa ja työskenteli Bellin epätasa-arvojen kokeellisissa testeissä, jotka hän suoritti vuonna 1983.
Opiskeltuaan Ecole Normale Supérieure de Cachanissa, jonka Aspect piti tohtorintutkintonsa aikana, hän työskenteli vuonna 1985 Collège de Francessa Pariisissa. Vuonna 1992 hän siirtyi Laboratoire Charles Fabry de l'Institut d'Optique -yliopistoon Paris-Saclayn yliopistoon.
Clauser syntyi Pasadenassa, Kaliforniassa, 1. joulukuuta 1942. Hän suoritti fysiikan kandidaatin tutkinnon California Institute of Technologysta vuonna 1964 ja fysiikan maisterin tutkinnon kaksi vuotta myöhemmin. Vuonna 1969 hän valmistui tohtoriksi fysiikasta Columbian yliopistosta.
Vuodesta 1969 vuoteen 1975 Clauser oli tutkijana Lawrence Berkeley National Laboratoryssa ja vuosina 1975-1986 Lawrence Livermore National Laboratoryssa. Työskenneltyään vanhempana tutkijana yhdysvaltalaisessa Science Applications International Corporationissa vuonna 1990 hän muutti Kalifornian yliopistoon Berkeleyssä vuoteen 1997 asti, jossa hän keskittyi sitten tutkimus- ja konsulttiyritykseensä JF Clauser & Associates.
Anton Zeilinger: kvanttipioneeri
Zeilinger syntyi Ried im Innkreisissä Itävallassa 20. toukokuuta 1945. Vuonna 1963 hän aloitti fysiikan ja matematiikan opinnot Wienin yliopistossa ja valmistui vuonna 1971 tohtoriksi atomifysiikasta. Tämän jälkeen hän työskenteli Wienin Atomic Institutessa vuoteen 1983 asti ennen kuin suuntasi Wienin teknilliseen yliopistoon.
Vuonna 1990 Zeilinger muutti Innsbruckin yliopistoon ja työskenteli vuonna 1999 Wienin yliopistossa, jossa hänestä tuli myös Wienissä sijaitsevan kvanttioptiikan ja kvanttiinformaation instituutin johtaja vuosina 2004–2013. Vuonna 2013 hän toimi Itävallan akatemian puheenjohtajana. Tiede, jossa hän toimi tähän vuoteen asti.
