Alain Aspect, John Clauser és Anton Zeilinger nyerte a 2022-es fizikai Nobel-díjat. A trió nyert „az összegabalyodott fotonokkal végzett kísérleteikért, amelyek megállapították a Bell-féle egyenlőtlenségek megsértését és az úttörő kvantuminformáció-tudományt”.
A díjat decemberben adják át Stockholmban, és értéke 10 millió korona (900,000 XNUMX dollár). Azt egyenlő arányban osztják el a nyertesek között.
A három díjazott egymástól függetlenül végzett kulcskísérleteket, amelyek megállapították az összefonódás kvantumtulajdonságát. Ez egy különös hatás, amikor két vagy több részecske sokkal erősebb korrelációt mutat, mint a klasszikus fizikában lehetséges. Az összefonódás fontos szerepet játszik a kvantumszámítógépekben, amelyek bizonyos feladatokban elvileg felülmúlhatják a hagyományos számítógépeket.
Bell egyenlőtlensége
Mindhárom kísérlet a Bell-féle egyenlőtlenség megsértését mérte, ami határt szab a klasszikus rendszerben megfigyelhető összefüggéseknek. Az ilyen jogsértések a kvantumelmélet fontos előrejelzései.
Az első kísérletet 1972-ben a Kaliforniai Egyetemen, Berkeleyben végezte Clauser, aki az atomi átmenet során létrejött fotonpárok polarizációja közötti összefüggéseket mérte. Megmutatta, hogy Bell egyenlőtlensége megsérült – ami azt jelentette, hogy a fotonpárok összegabalyodtak.
Ennek a kísérletnek azonban számos hiányossága vagy „kiskapuja” volt, ami nem meggyőző. Lehetséges például, hogy az észlelt fotonok nem voltak megfelelő minták a forrás által kibocsátott összes fotonból – ez az észlelési kiskapu. Az is lehetséges, hogy a kísérlet egyes függetlennek vélt aspektusai valamilyen ok-okozati összefüggésben álltak egymással – ez a lokális kiskapu.
Tíz évvel később, 1982-ben, Aspect és munkatársai a franciaországi Orsay-i Université Paris-Sudban kétcsatornás észlelési rendszer alkalmazásával továbbfejlesztették Clauser kísérletét. Ezzel elkerülték, hogy feltételezéseket tegyenek az észlelt fotonokról. Méréseik során változtatták a polarizáló szűrők tájolását is. Ismét megállapították, hogy Bell egyenlőtlensége sérült.
Harmadik kiskapu
A települési kiskaput 1998-ban zárták be Zeilinger és munkatársai az ausztriai Innsbrucki Egyetemen. Két teljesen független kvantum véletlenszám-generátort használtak a fotonmérés irányának beállítására. Ennek eredményeként az egyes fotonok polarizációjának mérési irányát az utolsó pillanatban határozták meg úgy, hogy a fénysebességnél lassabban haladó jel ne tudjon információt továbbítani a másik oldalra, mielőtt a foton regisztrálásra került volna.
A három kísérlet amellett, hogy megerősítette a kvantummechanika alapvető előrejelzését, megalapozta a modern kvantumtechnológiák fejlesztését.
Zeilinger a díj bejelentésekor tartott sajtótájékoztatón elmondta, hogy „nagyon meglepte”, hogy felhívta a Nobel-bizottság. „Ez a díj bátorítás a fiatalok számára, és a díj nem jöhetett volna létre több mint 100 fiatal nélkül, akik az évek során velem dolgoztak. Egyedül ezt nem tudtam volna elérni.”
Zeilinger azt is elmondta, reméli, hogy a díj ösztönzi a fiatal kutatókat.
„Az lenne a tanácsom a fiataloknak, hogy azt csináld, amit érdekesnek találsz, és ne törődj túl sokat a lehetséges pályázatokkal. Másrészt ez az elismerés nagyon fontos a lehetséges alkalmazások jövőbeli fejlesztése szempontjából. Kíváncsi vagyok, mit fogunk látni a következő 10-20 évben.”
Mély hatás
Sheila Rowan, a kiadó Fizikai Intézet elnöke Fizika Világa, gratulált a triónak a „megérdemelt” elismeréshez. „Ez a fizika olyan területe, amelynek folyamatos, mélyreható hatása van, alapvető szinten, hogy segítsen megérteni a minket körülvevő világot, és a mai, rendkívül újszerű érzékelési és kommunikációs technológiákban való felhasználást kutatják” – tette hozzá.
Kvantumfizikus Artur Ekert az Oxfordi Egyetemről azt mondja, hogy bár „örül” annak, hogy a mezőnyt és a triót az idei Nobel-díjjal ismerték el, hozzáteszi, hogy „kár”, hogy John Bell, aki az egyenlőtlenségeket megfogalmazta, kimaradt, mivel 1990-ben halt meg, és a Nobel-díjat nem posztumusz adják át.
Ekert hozzáteszi, hogy a kvantumkriptográfia megjelenése további motivációt adott ahhoz, hogy a Bell-egyenlőtlenségi kísérleteket a határaikra szorítsák. „A tudomány alapjaiból úgy gondolom, hogy a Bell-egyenlőtlenségi kísérleteket egyszerűen el kellett végezni – megcáfolnak egy bizonyos világnézetet, és ezért fontosak” – teszi hozzá Ekert. „Az ilyen kísérletek minden kiskapujának kijavítása egy másik történet. Ez valószínűleg fontosabb a kvantumkriptográfiai perspektíva szempontjából, mivel ha Bell-egyenlőtlenségeket akarunk felhasználni a lehallgatások kimutatására, be kell zárnunk a kiskapukat.
Valóban, azok is gratuláltak, akik Aspect, Clauser és Zeilinger munkásságát próbálják gyakorlati célokra felhasználni. Közös nyilatkozatban Ilyas Khan és Tony Uttley, a kvantumtechnológiai cég vezérigazgatója, illetve elnöke Kvantinum, megjegyezték, izgatottak voltak” a bejelentéstől.
"A kvantuminformációs rendszerek erejének ez a felismerése sok tekintetben időszerű, de mindenekelőtt csodálatos elismerése annak a ténynek, hogy a kísérleti eredmények támasztják alá a kvantumtechnológiák forradalmát, amelybe belekezdünk."
Egy élet a tudományban
Aspect 15. június 1947-én született a franciaországi Agenben. 1969-ben letette az „agrégation”-t – az országos francia vizsgát – fizikából, majd két évvel később az Université d'Orsay-n szerzett mesterfokozatot. Ezt követően az Orsay-n doktorált, és a Bell-féle egyenlőtlenségek kísérleti tesztjein dolgozott, amelyeket 1983-ban végzett.
Az Ecole Normale Supérieure de Cachanban tartott előadását követően, amelyet Aspect PhD tanulmányozása közben tartott, 1985-ben a párizsi Collège de France-ban dolgozott. 1992-ben az Université Paris-Saclay Laboratoire Charles Fabry de l‟Institut d'Optique intézetébe költözött.
Clauser Pasadenában (Kalifornia) született 1. december 1942-jén. 1964-ben a California Institute of Technology-n szerzett fizikából bachelor fokozatot, két évvel később pedig fizika mesterfokozatát. 1969-ben PhD fokozatot szerzett fizikából a Columbia Egyetemen.
1969 és 1975 között Clauser a Lawrence Berkeley National Laboratory kutatója volt, 1975 és 1986 között pedig a Lawrence Livermore National Laboratory-ban dolgozott. Az amerikai Science Applications International Corporation vezető tudósaként végzett munkáját követően 1990-ben a Berkeley-i Kaliforniai Egyetemre költözött 1997-ig, ahol azután a J F Clauser & Associates nevű kutató- és tanácsadó cégére összpontosított.
Anton Zeilinger: a kvantum úttörője
Zeilinger az ausztriai Ried im Innkreisben született 20. május 1945-án. 1963-ban kezdett fizikát és matematikát tanulni a Bécsi Egyetemen, majd 1971-ben doktorált atomfizikából. Ezután a bécsi Atomintézetben dolgozott 1983-ig, majd a Bécsi Műszaki Egyetemre ment.
1990-ben Zeilinger az Innsbrucki Egyetemre költözött, 1999-ben pedig a Bécsi Egyetemen dolgozott, ahol 2004 és 2013 között a bécsi székhelyű Kvantumoptikai és Kvantuminformációs Intézet igazgatója lett. 2013-ban az Osztrák Akadémia elnöke volt. tudományok, ezt a pozíciót idáig töltötte be.
