Nagroda Nobla z fizyki 2022

Nagroda Nobla z fizyki 2022

Laureaci, którym została w 2022 r. przyznana nagroda Nobla z fizyki, przeprowadzili przełomowe eksperymenty z wykorzystaniem splątanych stanów kwantowych, w których dwie cząstki zachowują się jak jedna jednostka, nawet gdy są rozdzielone. Wyniki otworzyły drogę dla nowej technologii opartej na informacji kwantowej.

.Nagroda Nobla z fizyki została przyznana w 2022 roku trzem naukowcom. Otrzymali ją Alain Aspect z Université Paris-Saclay and École Polytechnique, John F. Clauser z Walnut Creek oraz Anton Zeilinger z University of Vienna. Jak czytamy w komunikacie Komitetu Noblowskiego naukowcy zostali uhonorowani za “za eksperymenty ze splątanymi fotonami, ustalenie naruszenia nierówności Bella i pionierską naukę o informacji kwantowej“.

Co ważne, badania w dziedzinie informacji kwantowej, za które została przyznana nagroda Nobla z fizyki, prowadzi również Polak, prof. Artur Ekert. Twórca metody szyfrowania kwantowego był w polskim środowisku naukowym wymieniany, jako jeden z najpoważniejszych kandydatów do tegorocznej nagrody na świecie.

Stany splątane

.Alain Aspect, John Clauser i Anton Zeilinger przeprowadzili przełomowe eksperymenty z wykorzystaniem splątanych stanów kwantowych, w których dwie cząstki zachowują się jak jedna całość, nawet gdy są rozdzielone. Ich wyniki otworzyły drogę dla nowej technologii opartej na informacji kwantowej. Sprawia to, że efekty mechaniki kwantowej zaczynają znajdować zastosowanie. Obecnie istnieje duży obszar badań obejmujący komputery kwantowe, sieci kwantowe i bezpieczną kwantową komunikację szyfrowaną.

Jednym z kluczowych czynników w rozwoju jest fakt, że mechanika kwantowa pozwala dwóm lub więcej cząstkom istnieć w tak zwanym stanie uwikłanym. To, co dzieje się z jedną z cząstek w uwikłanej parze, określa, co dzieje się z drugą cząstką, nawet jeśli są one daleko od siebie – czytamy na stronie Komitetu Noblowskiego.

Przez długi czas zastanawiano się, czy korelacja wynika z tego, że cząstki w splątanej parze zawierają ukryte zmienne, instrukcje, które mówią im, jaki wynik powinny dać w eksperymencie. W latach 60. John Stewart Bell opracował matematyczną nierówność, noszącą jego imię. Stwierdza ona, że jeśli istnieją ukryte zmienne, to korelacja między wynikami dużej liczby pomiarów nigdy nie przekroczy pewnej wartości. Mechanika kwantowa przewiduje jednak, że pewien rodzaj eksperymentu naruszy nierówność Bella, co spowoduje silniejszą korelację niż byłoby to możliwe w innym przypadku.

John Clauser rozwinął idee Johna Bella, doprowadzając do praktycznego eksperymentu. Kiedy dokonał pomiarów, poparły one mechanikę kwantową, wyraźnie naruszając nierówność Bella. Oznacza to, że mechanika kwantowa nie może być zastąpiona przez teorię wykorzystującą ukryte zmienne.

Alain Aspect rozwinął eksperyment, wykorzystując go w sposób, który zamknął ważną lukę. Był w stanie przełączyć ustawienia pomiarowe po tym, jak splątana para opuściła swoje źródło, więc ustawienie, które istniało w momencie ich emisji, nie mogło wpłynąć na wynik.

Korzystając z dopracowanych narzędzi i długich serii eksperymentów, Anton Zeilinger zaczął wykorzystywać splątane stany kwantowe. Jego grupa badawcza wykazała między innymi zjawisko zwane teleportacją kwantową, które umożliwia przeniesienie stanu kwantowego z jednej cząstki do drugiej na odległość.

Coraz wyraźniej widać, że powstaje nowy rodzaj technologii kwantowej. Widzimy, że praca laureatów nad stanami splątanymi ma ogromne znaczenie, wykraczające nawet poza fundamentalne pytania dotyczące interpretacji mechaniki kwantowej – mówi Anders Irbäck, przewodniczący Komitetu Noblowskiego w dziedzinie fizyki.

Oprac. Mikołaj Czyż

Materiał chroniony prawem autorskim. Dalsze rozpowszechnianie wyłącznie za zgodą wydawcy. 4 października 2022