Alain Aspect, John Clauser e Anton Zeilinger hanno vinto il Premio Nobel per la Fisica 2022. Il trio ha vinto “per i loro esperimenti con i fotoni entangled, stabilendo la violazione delle disuguaglianze di Bell e aprendo la strada alla scienza dell'informazione quantistica”.
Il premio sarà presentato a Stoccolma a dicembre e vale 10 milioni di corone ($ 900,000). Sarà diviso equamente tra i vincitori.
Lavorando in modo indipendente, i tre vincitori hanno svolto esperimenti chiave che hanno stabilito la proprietà quantistica dell'entanglement. Questo è un curioso effetto per cui due o più particelle mostrano correlazioni molto più forti di quelle possibili nella fisica classica. L'entanglement gioca un ruolo importante nei computer quantistici, che in linea di principio potrebbero superare i computer convenzionali in alcuni compiti.
La disuguaglianza di Bell
Tutti e tre gli esperimenti hanno misurato le violazioni della disuguaglianza di Bell, che pone un limite alle correlazioni osservabili in un sistema classico. Tali violazioni sono un'importante previsione della teoria quantistica.
Il primo esperimento fu fatto nel 1972 all'Università della California a Berkeley da Clauser, che misurò le correlazioni tra le polarizzazioni di coppie di fotoni che si creavano in una transizione atomica. Ha mostrato che la disuguaglianza di Bell era stata violata, il che significava che le coppie di fotoni erano entangled.
Tuttavia, c'erano diversi difetti o "scappatoie" in questo esperimento, che lo rendevano inconcludente. È possibile, ad esempio, che i fotoni rilevati non fossero un campione equo di tutti i fotoni emessi dalla sorgente, che è la scappatoia di rilevamento. È anche possibile che alcuni aspetti dell'esperimento che si pensa siano indipendenti fossero in qualche modo collegati in modo causale, che è la scappatoia della località.
Dieci anni dopo, nel 1982, Aspect e colleghi dell'Université Paris-Sud di Orsay, in Francia, migliorarono l'esperimento di Clauser utilizzando uno schema di rilevamento a due canali. Ciò ha evitato di fare supposizioni sui fotoni che sono stati rilevati. Hanno anche variato l'orientamento dei filtri polarizzatori durante le misurazioni. Ancora una volta, hanno scoperto che la disuguaglianza di Bell era stata violata.
Terza scappatoia
La scappatoia locale è stata chiusa nel 1998 da Zeilinger e colleghi dell'Università di Innsbruck in Austria. Hanno usato due generatori di numeri casuali quantistici completamente indipendenti per impostare le direzioni delle misurazioni dei fotoni. Di conseguenza, la direzione lungo la quale è stata misurata la polarizzazione di ciascun fotone è stata decisa all'ultimo istante, in modo tale che nessun segnale che viaggiasse più lentamente della velocità della luce sarebbe stato in grado di trasferire informazioni dall'altra parte prima che quel fotone fosse registrato.
Oltre a confermare una previsione fondamentale della meccanica quantistica, i tre esperimenti hanno gettato le basi per lo sviluppo delle moderne tecnologie quantistiche.
Parlando alla conferenza stampa in cui è stato annunciato il premio, Zeilinger si è detto "molto sorpreso" di ricevere una chiamata dal comitato del Nobel. “Questo premio è un incoraggiamento per i giovani e il premio non sarebbe possibile senza più di 100 giovani che hanno lavorato con me in questi anni. Io da solo non avrei potuto raggiungere questo obiettivo.
Zeilinger ha anche affermato di sperare che il premio incoraggi i giovani ricercatori.
“Il mio consiglio ai giovani è di fare ciò che si trova interessante e di non preoccuparsi troppo delle possibili applicazioni. D'altra parte, questo riconoscimento è molto importante per lo sviluppo futuro di possibili applicazioni. Sono curioso di sapere cosa vedremo nei prossimi 10-20 anni”.
Un impatto profondo
Sheila Rowan, presidente dell'Istituto di Fisica, che pubblica Mondo della fisica, si è congratulato con il trio per il "meritato" riconoscimento. "Questa è un'area della fisica con un impatto continuo e profondo, a un livello fondamentale per aiutare a comprendere il mondo che ci circonda ed essere esplorata per l'uso in tecnologie altamente innovative per il rilevamento e la comunicazione oggi", ha aggiunto.
Fisico quantistico Artur Ekert dell'Università di Oxford dice che mentre è "felice" di vedere che il campo e il trio sono stati premiati con il Nobel di quest'anno, aggiunge che è un "peccato" che John Bell, che ha formulato le disuguaglianze, si sia perso dato che ha morì nel 1990 e i premi Nobel non vengono assegnati postumi.
Ekert aggiunge che l'avvento della crittografia quantistica ha fornito un'ulteriore motivazione per spingere al limite gli esperimenti sulla disuguaglianza di Bell. "Dal punto di vista scientifico, penso che gli esperimenti sulla disuguaglianza di Bell dovessero semplicemente essere fatti: confutano una certa visione del mondo e quindi sono importanti", aggiunge Ekert. “Risolvere tutte le scappatoie in tali esperimenti è un'altra storia. Questo è probabilmente più importante per la prospettiva della crittografia quantistica, poiché se vogliamo utilizzare le disuguaglianze di Bell per rilevare le intercettazioni, dobbiamo colmare le falle".
In effetti, le congratulazioni sono arrivate anche da coloro che stanno cercando di utilizzare il lavoro di Aspect, Clauser e Zeilinger per applicazioni pratiche. In una dichiarazione congiunta, Ilyas Khan e Tony Uttley, rispettivamente amministratore delegato e presidente della società di tecnologia quantistica Quantino, ha notato che erano entusiasti "dall'annuncio.
"Questo riconoscimento del potere dei sistemi informativi quantistici è opportuno sotto molti aspetti, ma soprattutto è un meraviglioso riconoscimento del fatto che i progressi sperimentali sono alla base della rivoluzione delle tecnologie quantistiche che stiamo intraprendendo".
Una vita nella scienza
Aspect è nato ad Agen, in Francia, il 15 giugno 1947. Ha superato l'“agrégation” – l'esame nazionale di francese – in fisica nel 1969 e due anni dopo ha conseguito il Master all'Université d'Orsay. Ha poi intrapreso un dottorato di ricerca a Orsay, lavorando su test sperimentali delle disuguaglianze di Bell, che ha completato nel 1983.
Dopo una docenza presso l'Ecole Normale Supérieure de Cachan, che Aspect ha tenuto durante il dottorato di ricerca, nel 1985 ha lavorato al Collège de France di Parigi. Nel 1992 si è poi trasferito al Laboratoire Charles Fabry de l'Institut d'Optique dell'Université Paris-Saclay.
Clauser è nato a Pasadena, in California, il 1° dicembre 1942. Ha conseguito la laurea in fisica presso il California Institute of Technology nel 1964 e un master in fisica due anni dopo. Nel 1969 ha conseguito un dottorato di ricerca in fisica presso la Columbia University.
Dal 1969 al 1975 Clauser è stato ricercatore presso il Lawrence Berkeley National Laboratory e dal 1975 al 1986 ha lavorato presso il Lawrence Livermore National Laboratory. Dopo un periodo come scienziato senior presso la società statunitense Science Applications International Corporation, nel 1990 si è trasferito all'Università della California, Berkeley fino al 1997, dove si è poi concentrato sulla sua società di ricerca e consulenza JF Clauser & Associates.
Anton Zeilinger: un pioniere quantistico
Zeilinger è nato a Ried im Innkreis, Austria, il 20 maggio 1945. Nel 1963 ha iniziato a studiare fisica e matematica all'Università di Vienna e nel 1971 ha completato il dottorato in fisica atomica. Ha poi lavorato presso l'Atomic Institute di Vienna fino al 1983 prima di dirigersi all'Università di tecnologia di Vienna.
Nel 1990 Zeilinger si è trasferito all'Università di Innsbruck e nel 1999 ha lavorato presso l'Università di Vienna, dove è diventato anche direttore dell'Istituto di ottica quantistica e informazione quantistica con sede a Vienna dal 2004 al 2013. Nel 2013 è stato presidente dell'Accademia austriaca di Scienze, incarico che ha ricoperto fino a quest'anno.
