Alain Aspect, John Clauser và Anton Zeilinger đã đoạt giải Nobel Vật lý 2022. Bộ ba đã giành chiến thắng “cho các thí nghiệm của họ với các photon vướng víu, thiết lập sự vi phạm các bất đẳng thức của Bell và tiên phong trong khoa học thông tin lượng tử”.
Giải thưởng sẽ được trao tại Stockholm vào tháng 10 và trị giá 900,000 triệu curon (XNUMX USD). Nó sẽ được chia đều cho những người chiến thắng.
Làm việc độc lập, ba người đoạt giải đã thực hiện các thí nghiệm quan trọng thiết lập tính chất lượng tử của sự vướng víu. Đây là một hiệu ứng kỳ lạ theo đó hai hoặc nhiều hạt thể hiện mối tương quan mạnh hơn nhiều so với khả năng có thể có trong vật lý cổ điển. Sự vướng víu đóng một vai trò quan trọng trong máy tính lượng tử, về nguyên tắc có thể làm tốt hơn máy tính thông thường ở một số tác vụ.
Bell's bất bình đẳng
Cả ba thí nghiệm đều đo lường sự vi phạm bất đẳng thức Bell, đặt giới hạn cho các mối tương quan có thể quan sát được trong một hệ thống cổ điển. Những vi phạm như vậy là một tiên đoán quan trọng của thuyết lượng tử.
Thí nghiệm đầu tiên được thực hiện vào năm 1972 tại Đại học California ở Berkeley bởi Clauser, người đã đo lường mối tương quan giữa sự phân cực của các cặp photon được tạo ra trong quá trình chuyển đổi nguyên tử. Ông chỉ ra rằng bất đẳng thức Bell bị vi phạm – nghĩa là các cặp photon bị vướng víu.
Tuy nhiên, có một số thiếu sót hoặc “sơ hở” trong thí nghiệm này, khiến nó không thể kết luận được. Ví dụ, có thể là các photon được phát hiện không phải là một mẫu hợp lý của tất cả các photon do nguồn phát ra – đó là lỗ hổng phát hiện. Cũng có thể một số khía cạnh của thí nghiệm được cho là độc lập lại có mối liên hệ nhân quả nào đó – đó là lỗ hổng cục bộ.
Mười năm sau, vào năm 1982, Aspect và các đồng nghiệp tại Đại học Paris-Sud ở Orsay, Pháp, đã cải thiện thí nghiệm của Clausr bằng cách sử dụng sơ đồ phát hiện hai kênh. Điều này tránh đưa ra các giả định về các photon đã được phát hiện. Họ cũng thay đổi hướng của các bộ lọc phân cực trong quá trình đo. Một lần nữa, họ thấy rằng bất đẳng thức Bell bị vi phạm.
kẽ hở thứ ba
Lỗ hổng địa phương đã bị đóng lại vào năm 1998 bởi Zeilinger và các đồng nghiệp tại Đại học Innsbruck ở Áo. Họ đã sử dụng hai bộ tạo số ngẫu nhiên lượng tử hoàn toàn độc lập để thiết lập hướng của các phép đo photon. Kết quả là, hướng mà sự phân cực của mỗi photon được đo đã được quyết định vào thời điểm cuối cùng, sao cho không tín hiệu nào truyền chậm hơn tốc độ ánh sáng có thể truyền thông tin sang phía bên kia trước khi photon đó được đăng ký.
Cùng với việc xác nhận dự đoán cơ bản của cơ học lượng tử, ba thí nghiệm đã đặt nền móng cho sự phát triển của các công nghệ lượng tử hiện đại.
Phát biểu tại cuộc họp báo khi giải thưởng được công bố, Zeilinger cho biết ông “rất ngạc nhiên” khi nhận được cuộc gọi từ ủy ban Nobel. “Giải thưởng này là sự khích lệ đối với các bạn trẻ và giải sẽ không thể thực hiện được nếu không có hơn 100 bạn trẻ đã đồng hành cùng tôi trong những năm qua. Một mình tôi không thể đạt được điều này.”
Zeilinger cũng cho biết ông hy vọng giải thưởng sẽ khuyến khích các nhà nghiên cứu trẻ.
“Lời khuyên của tôi dành cho các bạn trẻ là hãy làm những gì bạn thấy thú vị và đừng quan tâm quá nhiều đến khả năng ứng tuyển. Mặt khác, sự công nhận này rất quan trọng đối với sự phát triển trong tương lai của các ứng dụng có thể. Tôi tò mò không biết chúng ta sẽ thấy gì trong 10–20 năm tới.”
Tác động sâu sắc
Sheila Rowan, chủ tịch Viện Vật lý, nơi xuất bản Thế giới vật lý, đã chúc mừng bộ ba về sự công nhận “xứng đáng” của họ. “Đây là một lĩnh vực vật lý có tác động liên tục, sâu sắc, ở cấp độ cơ bản để giúp hiểu thế giới xung quanh chúng ta và đang được khám phá để sử dụng trong các công nghệ cảm biến và liên lạc rất mới hiện nay,” cô nói thêm.
nhà vật lý lượng tử Artur từ Đại học Oxford nói rằng trong khi anh ấy “rất vui” khi thấy lĩnh vực này và bộ ba được công nhận với giải Nobel năm nay, anh ấy nói thêm rằng thật “đáng tiếc” rằng John Bell, người đã xây dựng nên sự bất bình đẳng, đã bỏ lỡ vì anh ấy mất năm 1990 và giải thưởng Nobel không được trao cho người đã mất.
Ekert nói thêm rằng sự ra đời của mật mã lượng tử đã cung cấp thêm động lực để đẩy các thí nghiệm về bất đẳng thức Bell đến giới hạn của chúng. “Từ nền tảng của quan điểm khoa học, tôi nghĩ rằng các thí nghiệm về bất đẳng thức Bell đơn giản là phải được thực hiện — chúng bác bỏ một thế giới quan nhất định và vì vậy chúng rất quan trọng,” Ekert nói thêm. “Việc khắc phục tất cả các kẽ hở trong những thí nghiệm như vậy lại là một câu chuyện khác. Điều này có lẽ quan trọng hơn đối với viễn cảnh mật mã lượng tử vì nếu chúng ta muốn sử dụng bất đẳng thức Bell để phát hiện nghe trộm thì chúng ta phải đóng các lỗ hổng.”
Thật vậy, lời chúc mừng cũng đến từ những người đang cố gắng sử dụng công trình của Aspect, Clauser và Zeilinger cho các ứng dụng thực tế. Trong một tuyên bố chung, Ilyas Khan và Tony Uttley, lần lượt là giám đốc điều hành và chủ tịch của công ty công nghệ lượng tử Chân không lượng tử, lưu ý rằng họ đã rất vui mừng trước thông báo này.
“Việc công nhận sức mạnh của các hệ thống thông tin lượng tử này là kịp thời về nhiều mặt, nhưng trên hết là một sự thừa nhận tuyệt vời về thực tế rằng những tiến bộ thử nghiệm đã củng cố cuộc cách mạng công nghệ lượng tử mà chúng ta đang bắt tay vào thực hiện.”
Một cuộc sống trong khoa học
Aspect sinh ra ở Agen, Pháp, vào ngày 15 tháng 1947 năm 1969. Ông đã vượt qua “agrégation” - kỳ thi quốc gia của Pháp - về vật lý năm 1983 và nhận bằng Thạc sĩ tại Université d'Orsay hai năm sau đó. Sau đó, ông bắt tay vào học tiến sĩ tại Orsay, nghiên cứu các bài kiểm tra thực nghiệm về bất đẳng thức Bell, mà ông đã hoàn thành vào năm XNUMX.
Sau khi giảng dạy tại Ecole Normale Supérieure de Cachan, nơi mà Aspect đã tổ chức khi ông đang làm bằng tiến sĩ, năm 1985, ông làm việc tại Collège de France ở Paris. Năm 1992, ông chuyển đến Phòng thí nghiệm Charles Fabry de l‟Institut d'Optique tại Đại học Paris-Saclay.
Clauser sinh ra ở Pasadena, California, vào ngày 1 tháng 1942 năm 1964. Ông nhận bằng Cử nhân vật lý tại Viện Công nghệ California vào năm 1969 và bằng Thạc sĩ vật lý hai năm sau đó. Năm XNUMX, ông nhận bằng tiến sĩ vật lý tại Đại học Columbia.
Từ 1969 đến 1975, Clausr là nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley và từ 1975 đến 1986 làm việc tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore. Sau một thời gian làm nhà khoa học cao cấp tại công ty Hoa Kỳ Science Applications International Corporation, năm 1990, ông chuyển đến Đại học California, Berkeley cho đến năm 1997, sau đó ông tập trung vào công ty tư vấn và nghiên cứu JF Clauser & Associates.
Anton Zeilinger: nhà tiên phong lượng tử
Zeilinger sinh ra ở Ried im Innkreis, Áo, vào ngày 20 tháng 1945 năm 1963. Năm 1971, ông bắt đầu nghiên cứu vật lý và toán học tại Đại học Vienna và năm 1983 hoàn thành bằng Tiến sĩ vật lý nguyên tử. Sau đó, ông làm việc tại Viện nguyên tử ở Vienna cho đến năm XNUMX trước khi chuyển đến Đại học Công nghệ Vienna.
Năm 1990, Zeilinger chuyển đến Đại học Innsbruck và năm 1999 làm việc tại Đại học Vienna, nơi ông cũng trở thành giám đốc của Viện Quang lượng tử và Thông tin Lượng tử có trụ sở tại Vienna từ năm 2004 đến 2013. Năm 2013, ông giữ chức chủ tịch của Học viện Áo của Khoa học, một vị trí mà anh ấy đã giữ cho đến năm nay.
