Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki za przełomy w mechanice kwantowej

Uhonorowani we wtorek fizycy znaleźli eksperymentalne sposoby na potwierdzenie tego, co było wcześniej teoretycznie, w tym „uwikłanie” fotonów (cząstek światła) w zjawisko, które Albert Einstein nazwał „upiornym działaniem na odległość”. Jak ujęła we wtorek Królewska Szwedzka Akademia Nauk: „To, co dzieje się z jedną cząstką w splątanej parze, decyduje o tym, co dzieje się z drugą, nawet jeśli są one naprawdę zbyt daleko od siebie, aby na siebie wpływać”. Opracowanie narzędzi eksperymentalnych przez laureatów położyło podwaliny pod nową erę w technologii kwantowej.”

Dla Clausera ten zaszczyt nadchodził długo.

„To wszystko za pracę, którą wykonałem ponad 50 lat temu”, powiedział, wyraźnie uradowany, kiedy przyszedł do domu we wtorek rano.

Jako doktorant na Uniwersytecie Columbia, gdzie uzyskał doktorat w 1969 r., „Nie udało mi się bezskutecznie zmagać ze zrozumieniem mechaniki kwantowej. Nie zrozumiałem tego, czego nie zrozumiałem – powiedział.

Ale potem natknął się na pracę fizyka Johna Bella, która sugerowała, że ​​teoria kwantów i konkurencyjny zestaw teorii znanych jako „ukryte zmienne” są niezgodne. Clauser pomyślał: „Jeżeli jest między nimi różnica, to musi być testowalna”.

Po tym, jak Clauser przeniósł się na Uniwersytet Kalifornijski w Berkeley, on i jego koledzy przeszukiwali magazyny w poszukiwaniu zapasów, znajdowali „śmieci kręcące się po wydziale fizyki” i cięli metal w warsztacie. „Nie mieliśmy pieniędzy do wydania, więc musieliśmy wszystko budować sami od zera” – powiedział. W rezultacie powstało urządzenie o długości 30 stóp, które mogło przesyłać fotony – cząstki światła – w przeciwnych kierunkach.

W 1972 roku Clauser i doktorant Stuart Freedman, który zmarł w 2012 roku, poinformowali, że ich eksperyment odkrył splątanie zgodne z przewidywaniami mechaniki kwantowej.

Clauser powiedział, że był zaskoczony wynikiem, który jest sprzeczny z poglądami Einsteina na mechanikę kwantową.

„Einstein założył, że natura składa się z rzeczy rozsianych w przestrzeni, w tym strzępów informacji i tym podobnych. Wydaje się to bardzo rozsądne. I faktycznie, na tym opiera się ogólna teoria względności. Eksperymenty pokazują, że to nieprawda” – powiedział Clauser. „W małej, skończonej objętości nie można zlokalizować żadnych bitów informacji. Ten prosty wynik ma następnie zastosowania, które rozciągają się na szyfrowanie kwantowe i inne formy teorii informacji kwantowej”.

Klauzula powiedział, że nadal nie skontaktowali się z nim urzędnicy z Królewskiej Szwedzkiej Akademii Nauk, kiedy zadzwonił Washington Post. i że usłyszał o nagrodzie od „fana”, który śledził jego pracę przez lata. Nastąpiła seria wywiadów medialnych. Zazwyczaj laureaci Nagrody Nobla nie otrzymują wcześniejszego powiadomienia i kontaktują się telefonicznie na krótko przed ogłoszeniem.

Zeilinger odebrał telefon na godzinę przed ogłoszeniem.

„Wciąż jestem w szoku” – powiedział Zeilinger podczas konferencji prasowej w akademii.

Kiedy reporter zapytał, czy byłoby możliwe teleportowanie ciała w inne miejsce za 10 000 lat, odpowiedział, że teleportacja ludzi to „science fiction”.

Clauser powtórzył to w swoim wywiadzie dla The Post: „Nie wspinałbym się do teleportera kwantowego, gdyby był dostępny”.

Mechanika kwantowa to dziedzina fizyki, która ma ponad sto lat i zrodziła zastosowania, w tym tranzystory i lasery, których ludzie używają w życiu codziennym. Ale zastosowania zasad mechaniki kwantowej wydają się nieograniczone.

Jako doktorant, Aspect poprawił wydajność i przejrzystość wcześniejszych eksperymentów Clausera, a Zeilinger zbadał następnie systemy, które wykorzystywały więcej niż dwie splątane cząstki, podała akademia. Trzej nowi laureaci Nagrody Nobla zostali wcześniej uhonorowani jako trio po zdobyciu w 2010 r. Israel Wolf Prize w dziedzinie fizyki.

Eva Olsson, profesor fizyki eksperymentalnej i członek Komitetu Noblowskiego Fizyki, powiedziała we wtorek, że informatyka kwantowa jest szybko rozwijającą się dziedziną o wielu potencjalnych zastosowaniach w transmisji informacji i technologii czujników.

„Jego przewidywania otworzyły drzwi do innego świata” – powiedziała – „a także wstrząsnęły podstawami naszej interpretacji pomiarów”.

Zaszczyt nadany trzem fizykom został pochwalony przez kolegi fizyka Stephena Bartletta z University of Sydney, który jest redaktorem naczelnym czasopisma PRX Quantum Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego.

Eksperymenty „skupiły uwagę na najbardziej uderzających i wymagających aspektach fizyki kwantowej” – powiedział Bartlett w e-mailu. „W szczególności pokazują, że „splątane” cząstki kwantowe zachowują się w sposób całkowicie sprzeczny z naszymi wyobrażeniami o tym, jak powinny zachowywać się niezależne, oddzielne obiekty”.

Teoria kwantów może być dziwna i notorycznie fantazyjna, ale ma fundamentalne znaczenie dla współczesnej fizyki.

Frances Hellman, prezes Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego i profesor fizyki na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley, powiedzieli, że laureaci Nagrody Nobla poparli teorię poprzez rygorystyczne eksperymenty, które przeprowadzili na początku swojej kariery. „Ta praca inspiruje teraz młodych ludzi na całym świecie do pracy nad podstawową mechaniką kwantową i jej zastosowaniami” – powiedziała.

Na konferencji prasowej w Sztokholmie Zeilinger powiedział: „Nagroda nie byłaby możliwa bez ponad 100 młodych ludzi, którzy pracowali ze mną przez lata”.

Thors Hans Hansson, fizyk teoretyczny, a także członek Komitetu Noblowskiego Fizyki, powiedział dziennikarzom, że przełomowe eksperymenty „pokazały nam, że dziwny świat splątania i par Bella nie jest tylko mikroświatem atomów i na pewno nie wirtualny świat science fiction lub mistycyzmu, ale to prawdziwy świat, w którym wszyscy żyjemy”.

Nagroda Akademii w dziedzinie fizyki zazwyczaj obejmuje wiele dyscyplin w rozległej firmie zajmującej się fizyką, obejmując tak różne tematy, jak cząstki subatomowe i pochodzenie wszechświata. Ostatni rok, Nagroda skoncentrowana na zmianach klimatycznych. Udało się to Syukuro Manabe ze Stanów Zjednoczonych i Klausowi Hasselmannowi z Niemiec w celu zbadania wpływu człowieka na klimat, a także do Giorgio Parisi, włoskiego teoretyka, który w swoich pracach opisywał zmienne systemy w różnych skalach fizycznych.

2020, Czarne dziury zajęły centralne miejsce Akademii, która przyznała nagrody astrofizykom Andrei Ghez ze Stanów Zjednoczonych i Reinhardowi Genzelowi z Niemiec oraz brytyjskiemu fizykowi matematycznemu Rogerowi Penrose’owi.