Австрийский физик Антон Цайлингер разделил Нобелевскую премию по физике 2022 года с Аленом Аспектом из Франции и Джоном Клаузером из США, полученную за гениальные эксперименты, связанные с квантовой запутанностью. Эта премия была присуждена спустя 89 лет после того, как в 1933 году Нобелевскую премию по физике получил другой австриец, Эрвин Шредингер, который дал название одному из самых важных и загадочных квантовых явлений.
Фрэнсис Маутнер Маркхоф, 10 October 2022
Нобелевская премия по физике 2022 года была присуждена австрийскому физику Антону Цайлингеру, который разделил эту награду с Аленом Аспектом из Франции и Джоном Клаузером из США. Эта премия была присуждена за выдающиеся достижения в области экспериментальной квантовой физики и квантовой запутанности через 89 лет после того, как в 1933 году Нобелевскую премию по физике получил другой австриец, Эрвин Шредингер, который дал название квантовой запутанности одному из самых важных и загадочных квантовых явлений.
Эксперименты Аспекта, Клаузера и Цайлингера с запутанными фотонами доказали, что связи между запутанными квантовыми частицами не обусловлены локальными «скрытыми переменными», неизвестными факторами, которые невидимо связывают два результата вместе. Вместо этого, в результате запутывания образуется настоящая связь, при которой манипулирование одним квантовым объектом влияет на другой, независимо от расстояния их разделения.
В 1960-х годах физик Джон Белл предложил математический эксперимент, известный как неравенство Белла, чтобы провести различие между двумя идеями: скрытые переменные и реальный эффект, передающийся между запутанными частицами. Этот тест показывает, что экспериментальные результаты, которые кажутся коррелированными сверх определенного значения, возможны только благодаря квантовой запутанности, а не из-за определенных видов скрытых переменных. Квантовая механика предсказывает более высокую степень корреляции, чем это было бы возможно в классической, или неквантовой, физике.
В 1972 году Клаузер и его коллеги развили эти идеи в практический эксперимент, который нарушил неравенство Белла, подтвердив теории квантовой механики.
В 1997 году Цайлингер и его коллеги из Инсбрукского университета использовали явление запутанности для демонстрации квантовой телепортации, при которой квантовое состояние передается из одного места в другое.
Что же такое квантовая запутанность и почему она так важна.
Квантовая запутанность возникает, когда измерение свойств одной частицы в запутанной паре немедленно влияет на результаты измерений другой, независимо от того, насколько далеко они находятся друг от друга. Запутанность также является основой для квантовых компьютеров, которые могут выполнять вычисления, невозможные для обычных компьютеров. Квантовая запутанность также является физической основой для квантового интернета и безопасного квантового шифрования или квантовой криптографии, которая практически не поддается взлому.
Альберт Эйнштейн называл квантовую запутанность «жутким действием на расстоянии» и отказывался признавать, что свойства одной частицы или системы могут одновременно передаваться другой в запутанной паре. Он видел в этом также нарушение закона, согласно которому никакая информация не может быть передана быстрее скорости света. Но, на самом деле, общепринятым считается, что запутанность не передает информацию быстрее скорости света.
Последние эксперименты по квантовой запутанности, основанные на исторических достижениях трех лауреатов Нобелевской премии, могут помочь решить один из величайших открытых вопросов современной физики, а именно: как объединить квантовую механику с общей теорией относительности Эйнштейна, что подразумевает создание квантовой теории гравитации.
Серж Арош, физик-экспериментатор из Коллеж де Франс в Париже, разделивший Нобелевскую премию по физике 2012 года, сказал, что эксперименты по квантовой запутанности и применение квантовой запутанности являются «…замечательным примером связи между фундаментальной наукой и прикладной», добавив, что это очередная «демонстрация полезности «бесполезных» знаний».
