Alain Aspect, John Clauser e Anton Zeilinger ganharam o Prêmio Nobel de Física de 2022. O trio venceu “por seus experimentos com fótons emaranhados, estabelecendo a violação das desigualdades de Bell e sendo pioneiro na ciência da informação quântica”.
O prêmio será entregue em Estocolmo em dezembro e vale 10 milhões de coroas suecas (900,000 mil dólares). Será dividido igualmente entre os vencedores.
Trabalhando de forma independente, os três laureados realizaram experiências importantes que estabeleceram a propriedade quântica do emaranhamento. Este é um efeito curioso pelo qual duas ou mais partículas apresentam correlações muito mais fortes do que são possíveis na física clássica. O emaranhamento desempenha um papel importante nos computadores quânticos, que em princípio poderiam superar os computadores convencionais em algumas tarefas.
Desigualdade de Bell
Todos os três experimentos mediram violações da desigualdade de Bell, o que coloca um limite nas correlações que podem ser observadas em um sistema clássico. Tais violações são uma previsão importante da teoria quântica.
O primeiro experimento foi feito em 1972 na Universidade da Califórnia em Berkeley por Clauser, que mediu as correlações entre as polarizações de pares de fótons criados em uma transição atômica. Ele mostrou que a desigualdade de Bell foi violada – o que significava que os pares de fótons estavam emaranhados.
No entanto, houve várias deficiências ou “lacunas” nesta experiência, tornando-a inconclusiva. É possível, por exemplo, que os fotões detectados não sejam uma amostra justa de todos os fotões emitidos pela fonte – o que é a lacuna de detecção. Também é possível que alguns aspectos da experiência que se pensa serem independentes estivessem de alguma forma ligados de forma causal – o que é a lacuna da localidade.
Dez anos depois, em 1982, Aspect e colegas da Université Paris-Sud em Orsay, França, melhoraram a experiência de Clauser utilizando um esquema de detecção de dois canais. Isso evitou fazer suposições sobre os fótons detectados. Eles também variaram a orientação dos filtros polarizadores durante suas medições. Mais uma vez, descobriram que a desigualdade de Bell foi violada.
Terceira lacuna
A lacuna local foi colmatada em 1998 por Zeilinger e colegas da Universidade de Innsbruck, na Áustria. Eles usaram dois geradores quânticos de números aleatórios totalmente independentes para definir as direções das medições de fótons. Como resultado, a direção ao longo da qual a polarização de cada fóton foi medida foi decidida no último instante, de modo que nenhum sinal viajando mais lentamente que a velocidade da luz seria capaz de transferir informações para o outro lado antes que o fóton fosse registrado.
Além de confirmarem uma previsão fundamental da mecânica quântica, os três experimentos lançaram as bases para o desenvolvimento de tecnologias quânticas modernas.
Falando na conferência de imprensa quando o prémio foi anunciado, Zeilinger disse que ficou “muito surpreendido” ao receber um telefonema do comité do Nobel. “Este prémio é um incentivo aos jovens e o prémio não seria possível sem mais de 100 jovens que trabalharam comigo ao longo dos anos. Eu sozinho não poderia ter conseguido isso.”
Zeilinger também disse esperar que o prêmio encoraje jovens pesquisadores.
“Meu conselho aos jovens seria: façam o que acharem interessante e não se importem muito com possíveis aplicações. Por outro lado, este reconhecimento é muito importante para o desenvolvimento futuro de possíveis aplicações. Estou curioso para saber o que veremos nos próximos 10 a 20 anos.”
Um impacto profundo
Sheila Rowan, presidente do Instituto de Física, que publica Mundo da física, parabenizou o trio pelo “merecido” reconhecimento. “Esta é uma área da física com impacto profundo e contínuo, em um nível fundamental para ajudar a compreender o mundo que nos rodeia e que está sendo explorada para uso em tecnologias altamente inovadoras para detecção e comunicação hoje”, acrescentou ela.
Físico quântico Artur Ekert da Universidade de Oxford diz que embora esteja “feliz” em ver a área e o trio sendo reconhecidos com o Nobel deste ano, acrescenta que é uma “pena” que John Bell, que formulou as desigualdades, tenha ficado de fora, visto que ele morreu em 1990 e os prêmios Nobel não são concedidos postumamente.
Ekert acrescenta que o advento da criptografia quântica forneceu uma motivação adicional para levar os experimentos de desigualdade de Bell ao seu limite. “Do ponto de vista dos fundamentos da ciência, penso que as experiências de desigualdade de Bell simplesmente tinham de ser realizadas – elas refutam uma certa visão do mundo e por isso são importantes”, acrescenta Ekert. “Consertar todas as lacunas em tais experimentos é outra história. Isto é provavelmente mais importante para a perspectiva da criptografia quântica, pois se quisermos usar as desigualdades de Bell para detectar espionagem, teremos que fechar as brechas.”
Na verdade, também vieram os parabéns daqueles que estão tentando utilizar o trabalho de Aspect, Clauser e Zeilinger para aplicações práticas. Em declaração conjunta, Ilyas Khan e Tony Uttley, executivo-chefe e presidente, respectivamente, da empresa de tecnologia quântica quântico, notaram que ficaram emocionados” com o anúncio.
“Este reconhecimento do poder dos sistemas de informação quântica é oportuno em muitos aspectos, mas acima de tudo é um reconhecimento maravilhoso do facto de que os avanços experimentais sustentam a revolução das tecnologias quânticas em que estamos a embarcar.”
Uma vida na ciência
Aspect nasceu em Agen, França, em 15 de junho de 1947. Ele passou na “agrégation” – o exame nacional francês – de física em 1969 e obteve seu mestrado pela Université d'Orsay dois anos depois. Em seguida, iniciou um doutorado em Orsay, trabalhando em testes experimentais das desigualdades de Bell, que concluiu em 1983.
Após uma cátedra na École Normale Supérieure de Cachan, que Aspect realizou enquanto fazia seu doutorado, em 1985 trabalhou no Collège de France em Paris. Em 1992 mudou-se para o Laboratoire Charles Fabry de l'Institut d'Optique da Université Paris-Saclay.
Clauser nasceu em Pasadena, Califórnia, em 1º de dezembro de 1942. Ele recebeu seu diploma de bacharel em física pelo California Institute of Technology em 1964 e seu mestrado em física dois anos depois. Em 1969 ele recebeu o doutorado em física pela Universidade de Columbia.
De 1969 a 1975 Clauser foi pesquisador no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley e de 1975 a 1986 trabalhou no Laboratório Nacional Lawrence Livermore. Após uma passagem como cientista sênior na empresa norte-americana Science Applications International Corporation, em 1990 mudou-se para a Universidade da Califórnia, Berkeley, até 1997, onde se concentrou em sua empresa de pesquisa e consultoria JF Clauser & Associates.
Anton Zeilinger: um pioneiro quântico
Zeilinger nasceu em Ried im Innkreis, Áustria, em 20 de maio de 1945. Em 1963 começou a estudar física e matemática na Universidade de Viena e em 1971 completou seu doutorado em física atômica. Ele então trabalhou no Instituto Atômico de Viena até 1983, antes de ir para a Universidade de Tecnologia de Viena.
Em 1990, Zeilinger mudou-se para a Universidade de Innsbruck e em 1999 trabalhou na Universidade de Viena, onde também se tornou diretor do Instituto de Óptica Quântica e Informação Quântica, com sede em Viena, de 2004 a 2013. Em 2013, atuou como presidente da Academia Austríaca. de Ciências, cargo que ocupou até este ano.
