Нобелівську премію з фізики присудили за експерименти із заплутаними квантовими станами

Ален Аспект, Джон Клаузер і Антон Цайлінгер провели новаторські експерименти із заплутаними квантовими станами: явищами, за яких дві частинки поводяться як єдине ціле, навіть коли вони розділені.

Ефекти квантової механіки починають знаходити застосування в сучасному світі – чимало досліджень присвячено квантовим комп’ютерам, квантовим мережам та безпечному зв’язку з квантовим шифруванням. Одним із ключових факторів цього розвитку є те, як квантова механіка дозволяє двом або більше частинкам існувати в так званому заплутаному стані: те, що відбувається з однією з частинок у заплутаній парі, визначає те, що відбувається з іншою частинкою, навіть якщо вони знаходяться далеко одна від одної.

Довгий час питання полягало в тому, чи була така кореляція (залежність) обумовлена тим, що частинки у заплутаній парі містили приховані змінні – по суті, інструкції, які повідомляють їм, який результат вони мають дати в експерименті.

У 1960-х роках Джон Стюарт Белл розробив математичну нерівність, названу на його честь. Теорема Белла (як її тепер називають) показує, що за наявності прихованих змінних кореляція між результатами великої кількості вимірів ніколи не перевищить певного значення. Однак у квантовій механіці передбачається, що при проведенні експериментів певного типу нерівність може бути порушена, що призведе до сильнішої кореляції.

Американський фізик-дослідник Джон Клаузер розвинув ідеї Белла на прикладі практичного експерименту: після вимірів нерівність Белла порушилася, підтвердивши квантову механіку.

Після досліджень Клаузера залишилися деякі незавершені моменти, які вдалося довести до логічного кінця французькому вченому Алену Аспекту. Йому вдалося змінити налаштування вимірювань після того, як заплутана пара частинок вже залишила своє джерело – тому налаштування, що існували на момент їх випуску, вже не могли впливати на результат.

Дослідницька команда на чолі з професором Віденського університету Антоном Цайлінгером також провела свою серію експериментів із заплутаними квантовими станами за допомогою вдосконалених інструментів. Зокрема, вчені продемонстрували явище квантової телепортації, яке дозволило перемістити квантовий стан від однієї частинки до іншої на відстані.

Премію буде розділено між трьома лауреатами порівну.

Минулого року Нобелівську премію з фізики вручили Джорджо Парізі, Сюкуро Манабе та Клаусу Хассельману за моделювання складних систем. У 2020 році премію отримали Роджер Пенроуз — за «відкриття, що утворення чорних дірок є суворим наслідком загальної теорії відносності», а також Райнхард Генцель та Андреа Гез — за «відкриття надмасивного компактного об’єкта в центрі галактики». У 2019 році Нобелівську премію з фізики присудили Джеймс Піблс — за «теоретичні відкриття в галузі космології», а також Мішель Майор та Дідьє Кело  — за «відкриття екзопланети на орбіті навколо сонцеподібної зірки».

Відео з оголошенням про присудження Нобелівської премії з фізики 2022 року:

• З 1901 до 2022 року було присуджено 118 Нобелівських премій з фізики.
• Лише 47 премій з фізики дісталися одному лауреату.
• Серед лауреатів 4 жінки: Марія Кюрі у 1903 році, Марія Гепперт-Майєр у 1963 році, Донна Стрикленд у 2018 році та Андреа Гез у 2020 році.
• 1 лауреат, Джон Бардін, двічі був удостоєний премії з фізики.
• 25 років – вік наймолодшого лауреата премії з фізики Лоуренса Бреґґа, який разом зі своїм батьком був відзначений у 1915 році. 96 років – вік найстаршого лауреата з фізики Артура Ашкіна.
• Нобелівський тиждень розпочався 3 жовтня. Першим оголосили лауреата премії з медицини та фізіології — ним став шведський біолог Сванте Паабо, який розшифрував геном неандертальця та визначив, коли стався перший контакт гомінінів з Homo sapiens.
• 5 жовтня буде оголошено лауреатів Нобелівської премії з хімії, 6-го – з літератури, 7 жовтня назвуть лауреата премії миру, а 10 жовтня «нобелівський тиждень» завершиться присудженням премії з економіки Альфреда Нобеля, заснованої Банком Швеції.
• Розмір Нобелівської премії у 2022 році становить 10 мільйонів крон (близько 900 тисяч доларів за поточним курсом).