Nobel z fizyki 2022 za eksperymenty ze splątanymi fotonami

Wspomniani fizycy przeprowadzili przełomowe eksperymenty z wykorzystaniem splątanych stanów kwantowych, w których dwie cząstki zachowują się jak pewna jedność, nawet gdy są rozdzielone. Uzyskane wyniki umożliwiły rozwój technologii opartej na informacjach kwantowych.

Nowa wiedza o mechanice kwantowej zaczyna znajdować zastosowanie. Rozwija się dziedzina badań obejmująca komputery kwantowe, sieci kwantowe i bezpieczną szyfrowaną komunikację kwantową.

Jednym z kluczowych czynników tego rozwoju jest to, że zgodnie z prawami mechaniki kwantowej dwie lub więcej cząstek może istnieć w tak zwanym stanie splątanym. To, co dzieje się z jedną z cząstek w splątanej parze, decyduje o tym, co dzieje się z drugą cząstką, nawet jeśli pozostają daleko od siebie.

Przez długi czas zdawano sobie pytanie, czy wspomniana korelacja wynika z tego, że cząstki w splątanej parze zawierają ukryte zmienne, instrukcje, które decydują o wyniku w eksperymencie. W latach 60-tych John Stewart Bell opracował matematyczną nierówność, którą nazwano jego imieniem. Zgodnie z nią, jeśli istnieją ukryte zmienne, korelacja między wynikami dużej liczby pomiarów nigdy nie przekroczy pewnej wartości. Jednak mechanika kwantowa przewiduje, że określony rodzaj eksprymentu nie spełni nierówności Bella, skutkując silniejszą korelacją, niż byłaby możliwa w innym przypadku.

John Clauser rozwinął pomysły Johna Bella, przeprowadzając praktyczny eksperyment. Kiedy dokonał pomiarów, okazało się, że nierówność Bella nie jest adekwatna. Mechaniki kwantowej nie można zatem zastąpić teorią wykorzystującą ukryte zmienne.

Alain Aspect przyczynił się do wypełnienia pewnej luki wynikającej z eksperymentu Clausera. Zdołał zmienić ustawienia pomiaru po tym, jak splątana para wyszła poza swoje źródło, więc ustawienie przy pierwszej emisji cząstek nie mogło wpłynąć na wynik.

Za pomocą udoskonalonych narzędzi i długich serii eksperymentów, Anton Zeilinger zastosował splątane stany kwantowe. Jego zespół dowiódł m. in. zjawiska zwanego teleportacją kwantową, które umożliwia przenoszenie stanu kwantowego z jednej cząstki na drugą na odległość.

- Stało się coraz klarowniejsze, że wyłania się nowy rodzaj technologii kwantowej. Praca laureatów ze stanami splątanymi ma ogromne znaczenie, także poza fundamentalnymi pytaniami o interpretację mechaniki kwantowej - mówi Anders Irbäck, przewodniczący Komitetu Noblowskiego.

W ubiegłym roku został przyznany „za przełomowy wkład w nasze zrozumienie złożonych układów fizycznych".