Alain Aspect, John Clauser och Anton Zeilinger har vunnit Nobelpriset i fysik 2022. Trion vann "för sina experiment med intrasslade fotoner, som etablerade kränkningen av Bells ojämlikheter och banbrytande kvantinformationsvetenskap".
Priset delas ut i Stockholm i december och är värt 10 miljoner kronor (900,000 XNUMX dollar). Det kommer att delas lika mellan vinnarna.
De tre pristagarna arbetade oberoende och gjorde nyckelexperiment som fastställde kvantegenskapen för intrassling. Detta är en märklig effekt där två eller flera partiklar uppvisar mycket starkare korrelationer än vad som är möjligt i klassisk fysik. Entanglement spelar en viktig roll i kvantdatorer, som i princip skulle kunna överträffa konventionella datorer vid vissa uppgifter.
Bells ojämlikhet
Alla tre experimenten mätte brott mot Bells ojämlikhet, vilket sätter en gräns för de korrelationer som kan observeras i ett klassiskt system. Sådana kränkningar är en viktig förutsägelse av kvantteorin.
Det första experimentet gjordes 1972 vid University of California i Berkeley av Clauser, som mätte korrelationerna mellan polarisationerna av fotonpar som skapades i en atomär övergång. Han visade att Bells ojämlikhet kränktes – vilket innebar att fotonparen var intrasslade.
Det fanns dock flera brister eller "kryphål" i detta experiment, vilket gjorde det ofullständigt. Det är till exempel möjligt att de detekterade fotonerna inte var ett rättvist urval av alla fotoner som sänds ut av källan – vilket är kryphålet för detektering. Det är också möjligt att vissa aspekter av experimentet som tros vara oberoende på något sätt var kausalt kopplade – vilket är kryphålet på lokaliteten.
Tio år senare, 1982, förbättrade Aspect och kollegor vid Université Paris-Sud i Orsay, Frankrike, Clausers experiment genom att använda ett tvåkanaligt detektionsschema. Detta undvek att göra antaganden om de fotoner som detekterades. De varierade också orienteringen av polarisationsfiltren under sina mätningar. Återigen fann de att Bells ojämlikhet kränktes.
Tredje kryphålet
Kryphålet på orten stängdes 1998 av Zeilinger och kollegor vid universitetet i Innsbruck i Österrike. De använde två helt oberoende kvantgeneratorer för slumptal för att ställa in riktningarna för fotonmätningarna. Som ett resultat bestämdes riktningen längs vilken polariseringen av varje foton mättes i sista ögonblicket, så att ingen signal som färdades långsammare än ljusets hastighet skulle kunna överföra information till den andra sidan innan den fotonen registrerades.
Förutom att bekräfta en grundläggande förutsägelse av kvantmekanik, lade de tre experimenten grunden för utvecklingen av modern kvantteknologi.
När han talade på presskonferensen när priset tillkännagavs sa Zeilinger att han var "mycket förvånad" över att få ett samtal från Nobelkommittén. ”Detta pris är en uppmuntran till unga människor och priset skulle inte vara möjligt utan mer än 100 ungdomar som har arbetat med mig genom åren. Jag ensam kunde inte ha uppnått detta."
Zeilinger sa också att han hoppades att priset skulle uppmuntra unga forskare.
"Mitt råd till ungdomar är att göra det du tycker är intressant och inte bry dig för mycket om möjliga tillämpningar. Å andra sidan är detta erkännande mycket viktigt för den framtida utvecklingen av möjliga tillämpningar. Jag är nyfiken på vad vi kommer att se de kommande 10–20 åren.”
En djupgående inverkan
Sheila Rowan, ordförande för Institutet för fysik, som publicerar Fysikvärlden, gratulerade trion till deras "välförtjänta" erkännande. "Detta är ett område av fysiken med pågående, djupgående inverkan, på en grundläggande nivå för att hjälpa till att förstå världen omkring oss och som utforskas för användning i mycket nya teknologier för avkänning och kommunikation idag," tillade hon.
Kvantfysiker Artur Ekert från University of Oxford säger att även om han är "glad" över att se att fältet och trion uppmärksammas med årets Nobel, tillägger han att det är "synd" att John Bell, som formulerade ojämlikheterna, missade med tanke på att han dog 1990 och nobelpriser delas inte ut postumt.
Ekert tillägger att tillkomsten av kvantkryptografi har gett en ytterligare motivation att driva Bell-ojämlikhetsexperimenten till sina gränser. "Från det vetenskapliga perspektivet tror jag att Bell-ojämlikhetsexperimenten helt enkelt måste göras - de motbevisar en viss världsbild och så är de viktiga", tillägger Ekert. "Att åtgärda alla kryphål i sådana experiment är en annan historia. Detta är förmodligen viktigare för kvantkryptografins perspektiv som om vi vill använda Bell-ojämlikheter för att upptäcka avlyssning måste vi stänga kryphålen."
Faktum är att lyckönskningar kom också från dem som försöker använda Aspects, Clausers och Zeilingers arbete för praktiska tillämpningar. I ett gemensamt uttalande, Ilyas Khan och Tony Uttley, vd respektive president för kvantteknikföretaget Kvantinuum, noterade att de var glada" av tillkännagivandet.
"Detta erkännande av kraften i kvantinformationssystem är lägligt i många avseenden, men framför allt är det ett underbart erkännande av det faktum att experimentella framsteg underbygger kvantteknikrevolutionen som vi inleder."
Ett liv i vetenskapen
Aspect föddes i Agen, Frankrike, den 15 juni 1947. Han klarade ”agrégationen” – det nationella franska provet – i fysik 1969 och tog sin magisterexamen från Université d'Orsay två år senare. Han påbörjade sedan en doktorsexamen vid Orsay och arbetade på experimentella tester av Bells ojämlikheter, som han avslutade 1983.
Efter ett lektorat vid Ecole Normale Supérieure de Cachan, som Aspect hade medan han doktorerade, arbetade han 1985 vid Collège de France i Paris. 1992 flyttade han sedan till Laboratoire Charles Fabry de l'Institut d'Optique vid Université Paris-Saclay.
Clauser föddes i Pasadena, Kalifornien, den 1 december 1942. Han tog sin kandidatexamen i fysik från California Institute of Technology 1964 och en magisterexamen i fysik två år senare. 1969 fick han en doktorsexamen i fysik från Columbia University.
Från 1969 till 1975 var Clauser forskare vid Lawrence Berkeley National Laboratory och från 1975 till 1986 arbetade han vid Lawrence Livermore National Laboratory. Efter en period som senior vetenskapsman vid det amerikanska företaget Science Applications International Corporation, flyttade han 1990 till University of California, Berkeley fram till 1997 där han sedan fokuserade på sitt forsknings- och konsultföretag JF Clauser & Associates.
Anton Zeilinger: en kvantpionjär
Zeilinger föddes i Ried im Innkreis, Österrike, den 20 maj 1945. 1963 började han studera fysik och matematik vid universitetet i Wien och avslutade 1971 sin doktorsexamen i atomfysik. Han arbetade sedan vid Atominstitutet i Wien fram till 1983 innan han begav sig till Wiens tekniska universitet.
1990 flyttade Zeilinger till universitetet i Innsbruck och 1999 arbetade han vid universitetet i Wien där han också blev chef för det Wien-baserade institutet för kvantoptik och kvantinformation från 2004 till 2013. 2013 var han president för den österrikiska akademin of Sciences, en position han innehade fram till i år.
