Трима учени с Нобел за физика

Илюстрация: Ill. Niklas Elmehed © Nobel Prize Outreach

Кралската шведска академия на науките присъди Нобеловата награда за физика за 2022 г. на Алéн Аспект, Джон Ф. Клаузер и Антон Цайлингер „за експерименти със заплетени фотони, установяване на нарушение на неравенствата на Бел и пионерство в науката за квантовата информация“.

Алéн Аспект, Джон Ф. Клаузер и Антон Цайлингер са провели новаторски експерименти, използвайки заплетени квантови състояния, където две частици се държат като една единица, дори когато са разделени. Техните резултати разчистиха пътя за нова технология, базирана на квантова информация.

Неизразимите ефекти на квантовата механика започват да намират приложения. Сега има голямо поле за изследване, което включва квантови компютри, квантови мрежи и сигурна квантова криптирана комуникация.

Един ключов фактор в това развитие е как квантовата механика позволява две или повече частици да съществуват в така нареченото заплетено състояние. Това, което се случва с една от частиците в заплетена двойка, определя какво се случва с другата частица, дори ако те са далеч една от друга.

Дълго време въпросът беше дали корелацията е, защото частиците в една заплетена двойка съдържат скрити променливи, инструкции, които им казват какъв резултат трябва да дадат в експеримент. През 60-те години на миналия век Джон Стюарт Бел разработва математическото неравенство, което е кръстено на него. То гласи, че ако има скрити променливи, корелацията между резултатите от голям брой измервания никога няма да надхвърли определена стойност. Квантовата механика обаче прогнозира, че определен тип експеримент ще наруши неравенството на Бел, като по този начин ще доведе до по-силна корелация, отколкото иначе би било възможно.

Джон Клаузър развива идеите на Джон Бел, което води до практически експеримент. Когато той прави измерванията, те подкрепят квантовата механика, като явно нарушават неравенството на Бел. Това означава, че квантовата механика не може да бъде заменена от теория, която използва скрити променливи.

След експеримента на Джон Клаузър остават някои вратички. Алéн Аспект разработва настройката, използвайки я по начин, който затваря важна вратичка. Той успява да превключи настройките за измерване, след като заплетена двойка напуска своя източник, така че настройката, която съществува, когато те са излъчени, не може да повлияе на резултата.

Използвайки усъвършенствани инструменти и дълги серии от експерименти, Антон Цайлингер започва да използва заплетени квантови състояния. Освен всичко друго, неговата изследователска група демонстрира феномен, наречен квантова телепортация, който прави възможно преместването на квантово състояние от една частица към една на разстояние.

„Става все по-ясно, че се появява нов вид квантова технология. Виждаме, че работата на лауреатите със заплетени състояния е от голямо значение, дори отвъд фундаменталните въпроси за тълкуването на квантовата механика“, казва Андерс Ирбек, председател на Нобеловия комитет по физика.