Alain Aspect, John Clauser și Anton Zeilinger au câștigat Premiul Nobel pentru Fizică 2022. Trio-ul a câștigat „pentru experimentele lor cu fotoni încâlciți, stabilirea încălcării inegalităților lui Bell și pionieratul științei informației cuantice”.
Premiul va fi prezentat la Stockholm în decembrie și este în valoare de 10 milioane de coroane (900,000 USD). Acesta va fi împărțit în mod egal între câștigători.
Lucrând în mod independent, cei trei laureați au făcut experimente cheie care au stabilit proprietatea cuantică a încurcăturii. Acesta este un efect curios prin care două sau mai multe particule prezintă corelații mult mai puternice decât sunt posibile în fizica clasică. Entanglementul joacă un rol important în calculatoarele cuantice, care, în principiu, ar putea depăși computerele convenționale la anumite sarcini.
Inegalitatea lui Bell
Toate cele trei experimente au măsurat încălcări ale inegalității lui Bell, ceea ce pune o limită a corelațiilor care pot fi observate într-un sistem clasic. Astfel de încălcări sunt o predicție importantă a teoriei cuantice.
Primul experiment a fost făcut în 1972 la Universitatea din California din Berkeley de către Clauser, care a măsurat corelațiile dintre polarizările perechilor de fotoni care au fost creați într-o tranziție atomică. El a arătat că inegalitatea lui Bell a fost încălcată – ceea ce însemna că perechile de fotoni au fost încurcate.
Cu toate acestea, au existat mai multe deficiențe sau „lacune” în acest experiment, făcându-l neconcludent. Este posibil, de exemplu, ca fotonii detectați să nu fi fost un eșantion corect din toți fotonii emiși de sursă – care este lacuna de detectare. De asemenea, este posibil ca unele aspecte ale experimentului despre care se crede că sunt independente să fi fost oarecum conectate cauzal - care este lacuna localității.
Zece ani mai târziu, în 1982, Aspect și colegii de la Universitatea Paris-Sud din Orsay, Franța, au îmbunătățit experimentul lui Clauser folosind o schemă de detectare cu două canale. Acest lucru a evitat să se facă presupuneri cu privire la fotonii care au fost detectați. De asemenea, au variat orientarea filtrelor polarizante în timpul măsurătorilor lor. Din nou, au descoperit că inegalitatea lui Bell a fost încălcată.
A treia lacună
Lacuna localității a fost închisă în 1998 de către Zeilinger și colegii de la Universitatea din Innsbruck din Austria. Ei au folosit două generatoare de numere aleatoare cuantice complet independente pentru a seta direcțiile măsurătorilor fotonilor. Ca urmare, direcția de-a lungul căreia a fost măsurată polarizarea fiecărui foton a fost decisă în ultima clipă, astfel încât niciun semnal care călătorește mai lent decât viteza luminii nu ar putea transfera informații pe cealaltă parte înainte ca acel foton să fie înregistrat.
Pe lângă confirmarea unei predicții fundamentale a mecanicii cuantice, cele trei experimente au pus bazele dezvoltării tehnologiilor cuantice moderne.
Vorbind la conferința de presă când a fost anunțat premiul, Zeilinger a spus că a fost „foarte surprins” să primească un apel din partea comitetului Nobel. „Acest premiu este o încurajare pentru tineri și premiul nu ar fi posibil fără mai mult de 100 de tineri care au lucrat cu mine de-a lungul anilor. Eu singur nu aș fi putut realiza asta.”
Zeilinger a mai spus că speră că premiul îi va încuraja pe tinerii cercetători.
„Sfatul meu pentru tineri ar fi să faceți ceea ce vi se pare interesant și să nu vă pese prea mult de posibilele aplicații. Pe de altă parte, această recunoaștere este foarte importantă pentru dezvoltarea viitoare a posibilelor aplicații. Sunt curios ce vom vedea în următorii 10-20 de ani.”
Un impact profund
Sheila Rowan, președinte al Institutului de Fizică, care publică Lumea fizicii, a felicitat trio-ul pentru recunoașterea lor „meritată”. „Aceasta este o zonă a fizicii cu un impact continuu, profund, la un nivel fundamental, pentru a ajuta la înțelegerea lumii din jurul nostru și pentru a fi explorată pentru utilizare în tehnologii extrem de noi pentru detectarea și comunicarea de astăzi”, a adăugat ea.
Fizician cuantic Artur Ekert de la Universitatea din Oxford spune că, deși este „fericit” să vadă că terenul și trioul sunt recunoscuți cu Nobelul din acest an, el adaugă că este „păcat” că John Bell, cel care a formulat inegalitățile, a ratat-o dat fiind că a murit în 1990 și premiile Nobel nu sunt acordate postum.
Ekert adaugă că apariția criptografiei cuantice a oferit o motivație suplimentară pentru a împinge experimentele de inegalitate Bell la limitele lor. „Din perspectiva bazelor științei, cred că experimentele inegalității Bell pur și simplu trebuiau făcute – ele resping o anumită viziune asupra lumii și deci sunt importante”, adaugă Ekert. „Remedierea tuturor lacunelor în astfel de experimente este o altă poveste. Acest lucru este probabil mai important pentru perspectiva criptografiei cuantice, deoarece, dacă dorim să folosim inegalitățile Bell pentru a detecta interceptarea, trebuie să închidem lacunele.”
Într-adevăr, au venit felicitări și de la cei care încearcă să folosească munca lui Aspect, Clauser și Zeilinger pentru aplicații practice. Într-o declarație comună, Ilyas Khan și Tony Uttley, director executiv și, respectiv, președinte al firmei de tehnologie cuantică Quantinuum, a remarcat că au fost încântați” de anunț.
„Această recunoaștere a puterii sistemelor informaționale cuantice este oportună din multe puncte de vedere, dar, mai presus de toate, este o recunoaștere minunată a faptului că progresele experimentale stau la baza revoluției tehnologiilor cuantice pe care o pornim.”
O viață în știință
Aspect s-a născut la Agen, Franța, la 15 iunie 1947. A promovat „agrégația” – examenul național de franceză – la fizică în 1969 și și-a luat masterul de la Universitatea d'Orsay doi ani mai târziu. Apoi s-a angajat într-un doctorat la Orsay, lucrând la teste experimentale ale inegalităților lui Bell, pe care le-a finalizat în 1983.
În urma unui lectorat la Ecole Normale Supérieure de Cachan, pe care Aspect a deținut-o în timp ce își făcea doctoratul, în 1985 a lucrat la Collège de France din Paris. În 1992 s-a mutat apoi la Laboratoire Charles Fabry de l'Institut d'Optique de la Universitatea Paris-Saclay.
Clauser s-a născut la Pasadena, California, la 1 decembrie 1942. Și-a primit diploma de licență în fizică de la Institutul de Tehnologie din California în 1964 și un master în fizică doi ani mai târziu. În 1969 a primit un doctorat în fizică la Universitatea Columbia.
Din 1969 până în 1975, Clauser a fost cercetător la Lawrence Berkeley National Laboratory și din 1975 până în 1986 a lucrat la Lawrence Livermore National Laboratory. După o perioadă ca om de știință senior la firma americană Science Applications International Corporation, în 1990 s-a mutat la Universitatea din California, Berkeley până în 1997, unde s-a concentrat apoi pe firma sa de cercetare și consultanță JF Clauser & Associates.
Anton Zeilinger: un pionier cuantic
Zeilinger s-a născut la Ried im Innkreis, Austria, la 20 mai 1945. În 1963 a început să studieze fizica și matematica la Universitatea din Viena și în 1971 și-a terminat doctoratul în fizica atomică. Apoi a lucrat la Institutul Atomic din Viena până în 1983, înainte de a merge la Universitatea de Tehnologie din Viena.
În 1990, Zeilinger s-a mutat la Universitatea din Innsbruck și în 1999 a lucrat la Universitatea din Viena, unde a devenit și director al Institutului de Optică Cuantică și Informație Cuantică din Viena din 2004 până în 2013. În 2013 a fost președinte al Academiei Austriace. de Științe, funcție pe care a deținut-o până în acest an.
