Ален Аспект, Джон Клаузер и Антон Цайлингер стали лауреатами Нобелевской премии по физике 2022 года. Трио выиграло «за свои эксперименты с запутанными фотонами, установление нарушения неравенств Белла и новаторство в квантовой информатике».
Премия будет вручена в декабре в Стокгольме и стоит 10 миллионов крон (900,000 XNUMX долларов США). Он будет разделен поровну между победителями.
Работая независимо друг от друга, три лауреата провели ключевые эксперименты, установившие квантовое свойство запутанности. Это любопытный эффект, при котором две или более частиц демонстрируют гораздо более сильную корреляцию, чем это возможно в классической физике. Запутанность играет важную роль в квантовых компьютерах, которые в принципе могли бы превзойти обычные компьютеры в некоторых задачах.
Неравенство Белла
Во всех трех экспериментах измерялись нарушения неравенства Белла, которое ограничивает корреляции, наблюдаемые в классической системе. Такие нарушения являются важным предсказанием квантовой теории.
Первый эксперимент был проведен в 1972 году в Калифорнийском университете в Беркли Клаузером, который измерил корреляции между поляризациями пар фотонов, возникающих при атомном переходе. Он показал, что неравенство Белла было нарушено, а это означало, что пары фотонов запутались.
Однако в этом эксперименте было несколько недостатков или «лазеек», что делало его неубедительным. Возможно, например, что обнаруженные фотоны не были полной выборкой всех фотонов, испускаемых источником, что является лазейкой для обнаружения. Также возможно, что некоторые аспекты эксперимента, которые считаются независимыми, были каким-то образом связаны причинно-следственными связями, что является лазейкой локальности.
Десять лет спустя, в 1982 году, Аспект и его коллеги из Университета Париж-Юг в Орсе, Франция, усовершенствовали эксперимент Клаузера, используя двухканальную схему обнаружения. Это позволило избежать предположений об обнаруженных фотонах. Они также меняли ориентацию поляризационных фильтров во время измерений. Опять же, они обнаружили, что неравенство Белла было нарушено.
Третья лазейка
В 1998 году Цайлингер и его коллеги из Университета Инсбрука в Австрии закрыли лазейку в локации. Они использовали два полностью независимых квантовых генератора случайных чисел, чтобы установить направления измерения фотонов. В результате направление, вдоль которого измерялась поляризация каждого фотона, определялось в последний момент, так что никакой сигнал, движущийся медленнее скорости света, не мог бы передать информацию на другую сторону до того, как этот фотон будет зарегистрирован.
Эти три эксперимента не только подтвердили фундаментальное предсказание квантовой механики, но и заложили основу для развития современных квантовых технологий.
Выступая на пресс-конференции, когда было объявлено о присуждении премии, Цайлингер сказал, что был «очень удивлен», получив звонок от Нобелевского комитета. «Эта премия является поощрением для молодых людей, и премия была бы невозможна без более чем 100 молодых людей, которые работали со мной на протяжении многих лет. Я один не смог бы этого добиться».
Цайлингер также сказал, что надеется, что премия поощрит молодых исследователей.
«Мой совет молодым людям: делайте то, что вам интересно, и не слишком заботьтесь о возможных применениях. С другой стороны, это признание очень важно для будущего развития возможных приложений. Мне любопытно, что мы увидим в ближайшие 10–20 лет».
Глубокое воздействие
Шейла Роуэн, президент Института физики, который публикует Мир физики, поздравил трио с «заслуженным» признанием. «Это область физики, оказывающая постоянное и глубокое влияние на фундаментальном уровне, помогающая понять мир вокруг нас, и изучаемая для использования в новейших технологиях восприятия и коммуникации сегодня», — добавила она.
Квантовый физик Артур Экерт из Оксфордского университета говорит, что, хотя он «счастлив» видеть, что область и трио были отмечены Нобелевской премией в этом году, он добавляет, что «жаль», что Джон Белл, сформулировавший неравенства, упустил, учитывая, что он умер в 1990 году, и Нобелевские премии посмертно не присуждаются.
Экерт добавляет, что появление квантовой криптографии послужило дополнительной мотивацией для доведения экспериментов с неравенством Белла до предела. «С научной точки зрения я думаю, что эксперименты с неравенством Белла просто необходимо было провести — они опровергают определенное мировоззрение и поэтому важны», — добавляет Экерт. «Исправить все лазейки в таких экспериментах — это отдельная история. Это, вероятно, более важно с точки зрения квантовой криптографии, поскольку, если мы хотим использовать неравенства Белла для обнаружения подслушивания, мы должны закрыть лазейки».
Действительно, поздравления пришли и от тех, кто пытается использовать работы Аспекта, Клаузера и Цайлингера для практических приложений. В совместном заявлении Ильяс Хан и Тони Аттли, исполнительный директор и президент, соответственно, фирмы квантовых технологий квантинуум, отметили, что они были в восторге от объявления.
«Это признание мощи квантовых информационных систем своевременно по многим причинам, но, прежде всего, это прекрасное признание того факта, что экспериментальные достижения лежат в основе революции квантовых технологий, к которой мы приступаем».
Жизнь в науке
Аспект родился в Ажене, Франция, 15 июня 1947 года. В 1969 году он сдал «агрегацию» — национальный французский экзамен — по физике и два года спустя получил степень магистра в Университете д'Орсе. Затем он защитил докторскую диссертацию в Орсе, работая над экспериментальной проверкой неравенств Белла, которую завершил в 1983 году.
После чтения лекций в Ecole Normale Supérieure de Cachan, которую Аспект читал во время работы над докторской диссертацией, в 1985 году он работал в Коллеж де Франс в Париже. В 1992 году он перешел в Laboratoire Charles Fabry de l'Institut d'Optique при Университете Париж-Сакле.
Клаузер родился в Пасадене, штат Калифорния, 1 декабря 1942 года. Он получил степень бакалавра физики в Калифорнийском технологическом институте в 1964 году и степень магистра физики два года спустя. В 1969 году он получил докторскую степень по физике в Колумбийском университете.
С 1969 по 1975 год Клаузер был научным сотрудником Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, а с 1975 по 1986 год работал в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса. Проработав старшим научным сотрудником в американской фирме Science Applications International Corporation, в 1990 году он перешел в Калифорнийский университет в Беркли до 1997 года, где затем сосредоточился на своей исследовательской и консалтинговой фирме JF Clauser & Associates.
Антон Цайлингер: квантовый пионер
Цайлингер родился в Рид-им-Инкрайсе, Австрия, 20 мая 1945 года. В 1963 году он начал изучать физику и математику в Венском университете, а в 1971 году защитил докторскую диссертацию по атомной физике. Затем он работал в Атомном институте в Вене до 1983 года, а затем перешел в Венский технологический университет.
В 1990 году Цайлингер перешел в Инсбрукский университет, а в 1999 году работал в Венском университете, где с 2004 по 2013 год он также был директором расположенного в Вене Института квантовой оптики и квантовой информации. В 2013 году он занимал пост президента Австрийской академии. наук, должность, которую он занимал до этого года.
