Ален Аспект, Джон Клаузер і Антон Зейлінгер отримали Нобелівську премію з фізики 2022 року. Тріо перемогло «за експерименти із заплутаними фотонами, встановлення порушення нерівностей Белла та новаторство квантової інформаційної науки».
Премія буде вручена в Стокгольмі в грудні і становить 10 мільйонів крон ($900,000 XNUMX). Він буде розподілений порівну між переможцями.
Працюючи незалежно один від одного, три лауреати провели ключові експерименти, які встановили квантову властивість заплутаності. Це цікавий ефект, завдяки якому дві або більше частинок демонструють набагато сильніші кореляції, ніж це можливо в класичній фізиці. Заплутаність відіграє важливу роль у квантових комп’ютерах, які в принципі можуть перевершувати звичайні комп’ютери в деяких завданнях.
Нерівність Белла
Усі три експерименти вимірювали порушення нерівності Белла, яка обмежує кореляції, які можна спостерігати в класичній системі. Такі порушення є важливим передбаченням квантової теорії.
Перший експеримент був проведений у 1972 році в Університеті Каліфорнії в Берклі Клаузером, який виміряв кореляції між поляризаціями пар фотонів, створених під час атомного переходу. Він показав, що нерівність Белла порушується, а це означає, що пари фотонів переплутані.
Однак у цьому експерименті було кілька недоліків або «лазівок», через що він був непереконливим. Можливо, наприклад, що виявлені фотони не були чесною вибіркою всіх фотонів, випромінюваних джерелом – це є лазівкою виявлення. Також можливо, що деякі аспекти експерименту, які вважаються незалежними, були якимось причинно-наслідковим зв’язком – що є лазівкою в місцевості.
Через десять років, у 1982 році, Аспект і його колеги з університету Paris-Sud в Орсе, Франція, удосконалили експеримент Клаузера, використовуючи схему двоканального виявлення. Це дозволило уникнути припущень щодо фотонів, які були виявлені. Вони також змінювали орієнтацію поляризаційних фільтрів під час своїх вимірювань. Знову вони виявили, що нерівність Белла була порушена.
Третя лазівка
Локальну лазівку закрили в 1998 році Цайлінгер та його колеги з Університету Інсбрука в Австрії. Вони використовували два повністю незалежних квантових генератора випадкових чисел, щоб задати напрямки вимірювань фотонів. У результаті напрямок, уздовж якого вимірювалася поляризація кожного фотона, визначався в останній момент, так що жоден сигнал, який поширюється повільніше швидкості світла, не зможе передати інформацію на іншу сторону до того, як цей фотон буде зареєстровано.
Окрім підтвердження фундаментального передбачення квантової механіки, ці три експерименти заклали основу для розвитку сучасних квантових технологій.
Виступаючи на прес-конференції, коли було оголошено премію, Зайлінгер сказав, що був «дуже здивований», отримавши дзвінок від Нобелівського комітету. «Ця премія є заохоченням для молодих людей, і премія була б неможливою без понад 100 молодих людей, які працювали зі мною протягом багатьох років. Я один не зміг би цього досягти».
Зайлінгер також висловив надію, що премія заохотить молодих дослідників.
«Моя порада молодим людям: робіть те, що вам цікаво, і не надто дбайте про можливі програми. З іншого боку, це визнання дуже важливо для майбутнього розвитку можливих застосувань. Мені цікаво, що ми побачимо в найближчі 10-20 років».
Глибокий вплив
Шейла Роуен, президент Інституту фізики, який видає Світ фізики, привітав тріо із «заслуженим» визнанням. «Це область фізики, яка має постійний глибокий вплив на фундаментальному рівні, щоб допомогти зрозуміти навколишній світ і досліджується для використання в надзвичайно нових технологіях сприйняття та комунікації сьогодні», — додала вона.
Квантовий фізик Артур Екерт з Оксфордського університету каже, що, хоча він «щасливий» бачити цю область і тріо визнаних цьогорічним Нобелівським премією, він додає, що «шкода», що Джон Белл, який сформулював нерівності, пропустив, оскільки він помер у 1990 році, і Нобелівські премії не присуджуються посмертно.
Екерт додає, що поява квантової криптографії забезпечила додаткову мотивацію довести експерименти з нерівності Белла до меж. «З наукової точки зору я вважаю, що експерименти з нерівністю Белла просто необхідно було провести — вони спростовують певний світогляд, а тому вони важливі», — додає Екерт. «Виправити всі лазівки в таких експериментах — це інша історія. Це, ймовірно, важливіше для перспективи квантової криптографії, оскільки якщо ми хочемо використовувати нерівності Белла для виявлення прослуховування, нам потрібно закрити лазівки».
Дійсно, вітання також надійшли від тих, хто намагається використовувати роботу Aspect, Clauser і Zeilinger для практичного застосування. У спільній заяві Ільяс Хан і Тоні Аттлі, виконавчий директор і президент, відповідно, фірми квантових технологій Квантинуум, зазначили, що вони були в захваті» від оголошення.
«Це визнання потужності квантових інформаційних систем є своєчасним з багатьох пунктів, але, перш за все, це чудове визнання того факту, що експериментальні досягнення лежать в основі революції квантових технологій, яку ми починаємо».
Життя в науці
Аспект народився в Ажені, Франція, 15 червня 1947 року. У 1969 році він склав «agrégation» — національний французький іспит — з фізики, а через два роки отримав ступінь магістра в Університеті д’Орсе. Потім він розпочав докторську дисертацію в Орсе, працюючи над експериментальними перевірками нерівностей Белла, яку завершив у 1983 році.
Після читання лекторів у Ecole Normale Supérieure de Cachan, яке Аспект обіймав під час захисту свого доктора філософії, у 1985 році він працював у Collège de France у Парижі. У 1992 році він перейшов до Laboratoire Charles Fabry de l'Institut d’Optique в Université Paris-Saclay.
Клаузер народився в Пасадені, штат Каліфорнія, 1 грудня 1942 року. У 1964 році він отримав ступінь бакалавра фізики в Каліфорнійському технологічному інституті, а через два роки – ступінь магістра фізики. У 1969 році він отримав ступінь доктора філософії з фізики в Колумбійському університеті.
З 1969 по 1975 рік Клаузер працював дослідником у Національній лабораторії Лоуренса Берклі, а з 1975 по 1986 рік працював у Ліверморській національній лабораторії імені Лоуренса. Після роботи в якості старшого наукового співробітника в американській фірмі Science Applications International Corporation у 1990 році він переїхав до Каліфорнійського університету в Берклі до 1997 року, де потім зосередився на своїй дослідницькій та консультаційній фірмі J F Clauser & Associates.
Антон Цайлінгер: квантовий піонер
Цайлінгер народився 20 травня 1945 року в місті Рід-ім-Іннкрайс, Австрія. У 1963 році він почав вивчати фізику та математику у Віденському університеті, а в 1971 році отримав ступінь доктора філософії з атомної фізики. Потім він працював у Атомному інституті у Відні до 1983 року, а потім перейшов до Віденського технологічного університету.
У 1990 році Цайлінгер переїхав до університету Інсбрука, а в 1999 році працював у Віденському університеті, де він також став директором Віденського інституту квантової оптики та квантової інформації з 2004 по 2013 рік. У 2013 році він обіймав посаду президента Австрійської академії. наук, яку обіймав до ц.р.
