Шведская королевская академия наук назвала имена лауреатов Нобелевской премии 2022 года по физике. Ими стали француз Ален Аспе, американец Джон Клаузер и австриец Антон Цайлингер за их исследования в области квантовой физики, а именно «эксперименты с запутанными фотонами, установление нарушения неравенств Белла и новаторскую квантовую информатику».
Алену Аспе 75 лет, он специалист в области квантовой оптики, теории скрытых параметров и квантовой запутанности. Джону Клаузеру 79 лет, он стал первым физиком, экспериментально проверившим неравенства Белла и доказавшим, что, как и предсказывала квантовая механика, они нарушаются, чем опроверг теорию о скрытых переменных в квантовой механике. Антону Цайлингеру 77 лет, он известен передовыми работами в квантовой информатике и тем, что первым осуществил квантовую телепортацию с помощью фотонов.
«Аспе, Клаузер и Цайлингер провели новаторские эксперименты с использованием запутанных квантовых состояний, в которых две частицы ведут себя как единое целое, даже когда они разделены, — описывает их достижения Нобелевский комитет. — Их результаты открыли путь для новых технологий, основанных на квантовой информации.
Непостижимые эффекты квантовой механики начинают находить применение. В настоящее время существует обширная область исследований, включающая квантовые компьютеры, квантовые сети и безопасную квантовую зашифрованную связь.
Одним из ключевых факторов в этом развитии является то, как квантовая механика позволяет двум или более частицам существовать в так называемом запутанном состоянии. То, что происходит с одной из частиц в запутанной паре, определяет, что происходит с другой частицей, даже если они находятся на большом расстоянии друг от друга.
Долгое время оставался открытым вопрос о том, не является ли эта взаимосвязь следствием того, что частицы в запутанной паре содержат скрытые переменные — инструкции, которые указывают им, какой результат они должны дать в эксперименте. В 1960-х годах Джон Стюарт Белл разработал математическое неравенство, названное его именем. Оно гласит, что при наличии скрытых переменных корреляция между результатами большого числа измерений никогда не превысит определенного значения. Однако квантовая механика предсказывает, что определенный тип эксперимента нарушит неравенство Белла, в результате чего корреляция окажется сильнее, чем могла бы быть.
Джон Клаузер развил идеи Джона Белла, что привело к практическому эксперименту. Когда он провел измерения, они подтвердили квантовую механику, четко нарушив неравенство Белла. Это означает, что квантовая механика не может быть заменена теорией о скрытых переменных.
После эксперимента Джона Клаузера в вопросе оставались некоторые важные пробелы. Ален Аспе разработал установку, с помощью которой смог эти пробелы закрыть. Он смог переключить настройки измерения после того, как запутанная пара покинула свой источник, так что настройки, существовавшие в момент испускания частиц, не могли повлиять на результат.
Применяя усовершенствованные инструменты и длинные серии экспериментов, Антон Цайлингер начал использовать запутанные квантовые состояния. Среди прочего его исследовательская группа продемонстрировала явление, называемое квантовой телепортацией, которое позволяет перемещать квантовое состояние от одной частицы к другой на расстоянии».
«Становится все более очевидным появление нового вида квантовых технологий. Мы видим, что работа лауреатов над запутанными состояниями имеет огромное значение, даже помимо фундаментальных вопросов об интерпретации квантовой механики», — сказал Андерс Ирбек, председатель Нобелевского комитета по физике.