Alain Aspect, John Clauser og Anton Zeilinger har vunnet Nobelprisen i fysikk i 2022. Trioen vant "for sine eksperimenter med sammenfiltrede fotoner, og etablerte brudd på Bells ulikheter og banebrytende kvanteinformasjonsvitenskap".
Prisen deles ut i Stockholm i desember og er verdt 10 millioner kroner (900,000 XNUMX dollar). Det deles likt mellom vinnerne.
De tre prisvinnerne jobbet uavhengig og gjorde nøkkeleksperimenter som etablerte kvanteegenskapen til sammenfiltring. Dette er en merkelig effekt der to eller flere partikler viser mye sterkere korrelasjoner enn det som er mulig i klassisk fysikk. Entanglement spiller en viktig rolle i kvantedatamaskiner, som i prinsippet kan utkonkurrere konvensjonelle datamaskiner ved enkelte oppgaver.
Bells ulikhet
Alle tre eksperimentene målte brudd på Bells ulikhet, noe som setter en grense for korrelasjonene som kan observeres i et klassisk system. Slike brudd er en viktig forutsigelse av kvanteteorien.
Det første eksperimentet ble gjort i 1972 ved University of California i Berkeley av Clauser, som målte korrelasjonene mellom polarisasjonene til par av fotoner som ble skapt i en atomovergang. Han viste at Bells ulikhet ble krenket - noe som betydde at fotonparene ble viklet inn.
Imidlertid var det flere mangler eller "smuthull" i dette eksperimentet, noe som gjorde det ufattelig. Det er for eksempel mulig at fotonene som ble oppdaget ikke var en rettferdig prøve av alle fotoner som ble sendt ut av kilden - som er deteksjonssmutthullet. Det er også mulig at noen aspekter av eksperimentet som antas å være uavhengige på en eller annen måte var kausalt forbundet – som er smutthullet i lokaliteten.
Ti år senere, i 1982, forbedret Aspect og kolleger ved Université Paris-Sud i Orsay, Frankrike, Clausers eksperiment ved å bruke et to-kanals deteksjonsskjema. Dette unngikk å gjøre antagelser om fotonene som ble oppdaget. De varierte også orienteringen til polarisasjonsfiltrene under målingene. Igjen fant de ut at Bells ulikhet ble krenket.
Tredje smutthull
Lokalitetssmutthullet ble lukket i 1998 av Zeilinger og kolleger ved Universitetet i Innsbruck i Østerrike. De brukte to fullstendig uavhengige kvantetilfeldige tallgeneratorer for å angi retningene til fotonmålingene. Som et resultat ble retningen som polarisasjonen til hvert foton ble målt i, bestemt i siste øyeblikk, slik at ingen signaler som reiser langsommere enn lysets hastighet, ville være i stand til å overføre informasjon til den andre siden før det fotonet ble registrert.
I tillegg til å bekrefte en grunnleggende prediksjon av kvantemekanikk, la de tre eksperimentene grunnlaget for utviklingen av moderne kvanteteknologier.
I en tale på pressekonferansen da prisen ble annonsert, sa Zeilinger at han var "veldig overrasket" over å motta en telefon fra Nobelkomiteen. «Denne prisen er en oppmuntring til unge mennesker, og prisen ville ikke vært mulig uten mer enn 100 unge mennesker som har jobbet med meg gjennom årene. Jeg alene kunne ikke ha oppnådd dette.»
Zeilinger sa også at han håpet prisen ville oppmuntre unge forskere.
"Mitt råd til unge mennesker vil være å gjøre det du synes er interessant og ikke bry deg for mye om mulige søknader. På den annen side er denne anerkjennelsen svært viktig for fremtidig utvikling av mulige applikasjoner. Jeg er nysgjerrig på hva vi vil se de neste 10–20 årene.»
En dyp innvirkning
Sheila Rowan, president for Institute of Physics, som publiserer Fysikkens verden, gratulerte trioen med deres "velfortjente" anerkjennelse. "Dette er et område av fysikk med pågående, dyp innvirkning, på et grunnleggende nivå for å hjelpe til med å forstå verden rundt oss og bli utforsket for bruk i svært nye teknologier for sansing og kommunikasjon i dag," la hun til.
Kvantefysiker Artur Ekert fra University of Oxford sier at selv om han er «glad» for å se at feltet og trioen blir anerkjent med årets Nobel, legger han til at det er «synd» at John Bell, som formulerte ulikhetene, gikk glipp av det gitt at han døde i 1990 og nobelprisene deles ikke ut posthumt.
Ekert legger til at fremkomsten av kvantekryptografi har gitt en ekstra motivasjon til å presse Bell-ulikhetseksperimentene til sine grenser. "Fra et vitenskapelig perspektiv tror jeg at Bell-ulikhetseksperimentene rett og slett måtte gjøres - de motbeviser et visst verdensbilde, og derfor er de viktige," legger Ekert til. «Å fikse alle smutthullene i slike eksperimenter er en annen historie. Dette er sannsynligvis viktigere for kvantekryptografiperspektivet, som om vi ønsker å bruke Bell-ulikheter for å oppdage avlytting, må vi lukke smutthullene."
Det kom faktisk også gratulasjoner fra de som prøver å bruke arbeidet til Aspect, Clauser og Zeilinger til praktiske formål. I en felles uttalelse, henholdsvis Ilyas Khan og Tony Uttley, administrerende direktør og president i kvanteteknologifirmaet Kvantinuum, bemerket at de var begeistret» av kunngjøringen.
"Denne erkjennelsen av kraften til kvanteinformasjonssystemer er betimelig på mange måter, men fremfor alt er en fantastisk anerkjennelse av det faktum at eksperimentelle fremskritt underbygger kvanteteknologirevolusjonen som vi tar fatt på."
Et liv i vitenskapen
Aspect ble født i Agen, Frankrike, 15. juni 1947. Han besto «agrégation» – den nasjonale franskeksamenen – i fysikk i 1969 og tok sin mastergrad fra Université d’Orsay to år senere. Deretter begynte han på en doktorgrad ved Orsay, og jobbet med eksperimentelle tester av Bells ulikheter, som han fullførte i 1983.
Etter et lektorat ved Ecole Normale Supérieure de Cachan, som Aspect hadde mens han tok doktorgraden, jobbet han i 1985 ved Collège de France i Paris. I 1992 flyttet han deretter til Laboratoire Charles Fabry de l'Institut d'Optique ved Université Paris-Saclay.
Clauser ble født i Pasadena, California, 1. desember 1942. Han mottok sin bachelorgrad i fysikk fra California Institute of Technology i 1964 og en mastergrad i fysikk to år senere. I 1969 mottok han en doktorgrad i fysikk fra Columbia University.
Fra 1969 til 1975 var Clauser forsker ved Lawrence Berkeley National Laboratory og jobbet fra 1975 til 1986 ved Lawrence Livermore National Laboratory. Etter et opphold som seniorforsker ved det amerikanske firmaet Science Applications International Corporation, flyttet han i 1990 til University of California, Berkeley til 1997 hvor han deretter fokuserte på sitt forsknings- og konsulentfirma JF Clauser & Associates.
Anton Zeilinger: en kvantepioner
Zeilinger ble født i Ried im Innkreis, Østerrike, 20. mai 1945. I 1963 begynte han å studere fysikk og matematikk ved universitetet i Wien og fullførte i 1971 sin doktorgrad i atomfysikk. Deretter jobbet han ved Atomic Institute i Wien til 1983 før han dro til Wiens teknologiske universitet.
I 1990 flyttet Zeilinger til universitetet i Innsbruck og jobbet i 1999 ved universitetet i Wien hvor han også ble direktør for det Wien-baserte instituttet for kvanteoptikk og kvanteinformasjon fra 2004 til 2013. I 2013 fungerte han som president for det østerrikske akademiet of Sciences, en stilling han hadde frem til i år.
