Alain Aspect, John Clauser in Anton Zeilinger so leta 2022 prejeli Nobelovo nagrado za fiziko. Trojica je zmagala "za svoje poskuse z zapletenimi fotoni, ugotavljanje kršitve Bellovih neenakosti in pionirsko kvantno informacijsko znanost".
Nagrado bodo podelili decembra v Stockholmu in je vredna 10 milijonov kron (900,000 dolarjev). Enakomerno si ga bodo razdelili zmagovalci.
Trije nagrajenci so delali neodvisno in izvedli ključne poskuse, s katerimi so ugotovili kvantno lastnost prepletenosti. To je nenavaden učinek, pri katerem dva ali več delcev kaže veliko močnejše korelacije, kot so možne v klasični fiziki. Prepletenost ima pomembno vlogo pri kvantnih računalnikih, ki bi načeloma lahko pri nekaterih nalogah prekašali običajne računalnike.
Bellova neenakost
Vsi trije poskusi so merili kršitve Bellove neenakosti, ki omejuje korelacije, ki jih je mogoče opaziti v klasičnem sistemu. Takšne kršitve so pomembna napoved kvantne teorije.
Prvi poskus je leta 1972 na kalifornijski univerzi v Berkeleyju izvedel Clauser, ki je izmeril korelacije med polarizacijami parov fotonov, ki so nastali pri atomskem prehodu. Pokazal je, da je bila Bellova neenakost kršena – kar je pomenilo, da so fotonski pari zapleteni.
Vendar je bilo v tem poskusu več pomanjkljivosti ali "vrzeli", zaradi česar ni bil dokončen. Možno je na primer, da zaznani fotoni niso bili pošten vzorec vseh fotonov, ki jih oddaja vir – kar je vrzel v zaznavi. Možno je tudi, da so bili nekateri vidiki poskusa, za katere se domneva, da so neodvisni, nekako vzročno povezani – kar je lokalna vrzel.
Deset let kasneje, leta 1982, so Aspect in sodelavci na Université Paris-Sud v Orsayu v Franciji izboljšali Clauserjev poskus z uporabo dvokanalne detekcijske sheme. S tem so se izognili predpostavkam o zaznanih fotonih. Med meritvami so spreminjali tudi orientacijo polarizacijskih filtrov. Spet so ugotovili, da je bila Bellova neenakost kršena.
Tretja vrzel
Lokalno vrzel so leta 1998 zaprli Zeilinger in sodelavci z Univerze v Innsbrucku v Avstriji. Uporabili so dva popolnoma neodvisna kvantna generatorja naključnih števil za nastavitev smeri meritev fotonov. Posledično je bila smer, vzdolž katere je bila izmerjena polarizacija vsakega fotona, določena v zadnjem trenutku, tako da noben signal, ki potuje počasneje od svetlobne hitrosti, ne bi mogel prenesti informacij na drugo stran, preden je bil ta foton registriran.
Poleg potrditve temeljne napovedi kvantne mehanike so trije poskusi postavili temelje za razvoj sodobnih kvantnih tehnologij.
Na tiskovni konferenci ob razglasitvi nagrade je Zeilinger dejal, da je bil "zelo presenečen", ko je prejel klic Nobelovega odbora. »Ta nagrada je spodbuda za mlade in nagrade ne bi bilo brez več kot 100 mladih, ki so v teh letih sodelovali z mano. Sam tega ne bi mogel doseči.”
Zeilinger je tudi izrazil upanje, da bo nagrada spodbudila mlade raziskovalce.
»Moj nasvet mladim bi bil, da delajo tisto, kar se vam zdi zanimivo, in se ne ozirajo preveč na morebitne prijave. Po drugi strani pa je to priznanje zelo pomembno za prihodnji razvoj možnih aplikacij. Zanima me, kaj bomo videli v naslednjih 10–20 letih.«
Močan vpliv
Sheila Rowan, predsednik Fizikalnega inštituta, ki izdaja Svet fizike, je trojici čestital za "zasluženo" priznanje. "To je področje fizike s stalnim, globokim vplivom, na temeljni ravni, ki pomaga razumeti svet okoli nas in se raziskuje za uporabo v zelo novih tehnologijah za zaznavanje in komunikacijo danes," je dodala.
Kvantni fizik Artur Ekert z Univerze v Oxfordu pravi, da čeprav je »vesel«, da je to področje in trojica prejela letošnjo Nobelovo nagrado, dodaja, da je »škoda«, da je John Bell, ki je oblikoval neenakosti, zamudil, saj je umrl leta 1990 in Nobelove nagrade ne podeljujejo posthumno.
Ekert dodaja, da je pojav kvantne kriptografije zagotovil dodatno motivacijo za potiskanje poskusov Bellove neenakosti do njihovih meja. "Iz temeljev znanstvene perspektive menim, da je bilo preprosto treba izvesti poskuse Bellove neenakosti - zavračajo določen pogled na svet in so zato pomembni," dodaja Ekert. »Odpravljanje vseh vrzeli v takih poskusih je druga zgodba. To je verjetno bolj pomembno za perspektivo kvantne kriptografije, saj če želimo uporabiti Bellove neenakosti za odkrivanje prisluškovanja, moramo zapreti vrzeli.«
Dejansko so čestitke prišle tudi od tistih, ki poskušajo uporabiti delo Aspecta, Clauserja in Zeilingerja za praktično uporabo. V skupni izjavi Ilyas Khan in Tony Uttley, izvršni direktor oziroma predsednik podjetja za kvantno tehnologijo Quantinuum, so ugotovili, da so bili nad objavo navdušeni.
"To priznanje moči kvantnih informacijskih sistemov je v mnogih pogledih pravočasno, predvsem pa je čudovito priznanje dejstva, da eksperimentalni napredek podpira revolucijo kvantnih tehnologij, ki se je lotevamo."
Življenje v znanosti
Aspect se je rodil 15. junija 1947 v Agenu v Franciji. Leta 1969 je opravil »agrégation« – državni izpit iz francoščine – iz fizike in dve leti pozneje magistriral na Université d'Orsay. Nato se je lotil doktorata na Orsayu, kjer je delal na eksperimentalnih preizkusih Bellovih neenakosti, ki ga je zaključil leta 1983.
Po predavateljskem mestu na Ecole Normale Supérieure de Cachan, ki ga je Aspect opravljal med doktoratom, je leta 1985 delal na Collège de France v Parizu. Leta 1992 se je nato preselil v Laboratoire Charles Fabry de l'Institut d'Optique na Université Paris-Saclay.
Clauser se je rodil 1. decembra 1942 v Pasadeni v Kaliforniji. Leta 1964 je diplomiral iz fizike na Kalifornijskem tehnološkem inštitutu in dve leti kasneje še magistriral iz fizike. Leta 1969 je doktoriral iz fizike na univerzi Columbia.
Od leta 1969 do 1975 je bil Clauser raziskovalec v nacionalnem laboratoriju Lawrence Berkeley, od leta 1975 do 1986 pa je delal v nacionalnem laboratoriju Lawrence Livermore. Po delu kot višji znanstvenik v ameriškem podjetju Science Applications International Corporation se je leta 1990 preselil na kalifornijsko univerzo Berkeley do leta 1997, kjer se je nato osredotočil na svoje raziskovalno in svetovalno podjetje JF Clauser & Associates.
Anton Zeilinger: kvantni pionir
Zeilinger se je rodil 20. maja 1945 v mestu Ried im Innkreis v Avstriji. Leta 1963 je začel študirati fiziko in matematiko na Univerzi na Dunaju in leta 1971 doktoriral iz atomske fizike. Nato je do leta 1983 delal na Atomskem inštitutu na Dunaju, preden se je odpravil na Dunajsko tehnično univerzo.
Leta 1990 se je Zeilinger preselil na Univerzo v Innsbrucku in leta 1999 delal na Univerzi na Dunaju, kjer je od leta 2004 do 2013 postal tudi direktor dunajskega Inštituta za kvantno optiko in kvantne informacije. Leta 2013 je bil predsednik Avstrijske akademije znanosti, to funkcijo je opravljal do letos.
