Nobel z fizyki 2022 dla badaczy mechaniki kwantowej

Alain Aspect z Francji, John F. Clauser z USA i Anton Zeilinger z Austrii zostali ogłoszeni laureatami tegorocznej Nagrody Nobla z fizyki. Komitet Noblowski docenił ich prace i eksperymenty związane „ze splątanymi fotonami, ustaleniem naruszenia nierówności Bella i pionierską informatyką kwantową”.

Nobel z fizyki 2022 za badania nad informatyką kwantową

Mechanika kwantowa to bardzo żywa i szybko rozwijająca się dziedzina fizyki. Ma w sobie ogromny potencjał do zastosowania w bezpiecznym przesyłaniu informacji, rozwoju komputerów kwantowych i nowoczesnych czujników.

Tegoroczni laureaci nagrody Nobla z fizyki zasłynęli badaniami nad szczególnym zjawiskiem, charakterystycznym dla mechaniki kwantowej, jakim jest splątanie kwantowe. Jest to dla fizyków jedno z najbardziej zaskakujących zjawisk pojawiające się między obiektami kwantowymi: cząstkami elementarnymi, atomami lub jonami.

Rozwój mechaniki kwantowej

W 1935 roku Albert Einstein, Borys Podolski i Nathan Rosen opublikowali pracę naukową mającą dowieść, że rodząca się wówczas mechanika kwantowa nie jest teorią kompletną. Zwrócili wówczas uwagę, że w pewnych sytuacjach cząstki kwantowe, które wcześniej w specyficzny sposób ze sobą oddziaływały, powinny natychmiast reagować na zmianę stanu swojego „partnera”, nawet jeśli ten znajduje się w dowolnie dużej odległości.

Sytuacja wydawała się o tyle paradoksalna, że fizycy zgodnie uznają, iż informacja nie może być przekazywana z miejsca na miejsce z prędkością większą od prędkości światła.

Erwin Schrödinger, jeden z twórców mechaniki kwantowej, zainspirowany ich pracą wprowadził termin „splątanie” do określenia tego zjawiska. Zauważył także, że pełna wiedza o całym układzie fizycznym nie oznacza pełnej wiedzy o jego częściach.

Jego uwaga pozostawała jednak długo niezauważona i dopiero pod koniec XX wieku fizycy zaczęli patrzeć na splątanie kwantowe w podobny sposób.

Eksperymenty i przełom w mechanice kwantowej

Przełom w ocenie słuszności mechaniki kwantowej nastąpił w 1964 roku, gdy John Bell udowodnił, że wszystkie teorie zakładające jednocześnie realizm i lokalność muszą spełniać pewne nierówności, dzisiaj nazywane na jego cześć „nierównościami Bella”.

Pierwsze doświadczenie bazujące na nierównościach Bella przeprowadzono jednak dopiero w 1972 roku przez Stuarta Freedmana i tegorocznego laureata Nagrody Nobla: Johna Clausera.

Kolejnym, który podjął się z eksperymentów w tej materii, był drugi z laureatów: Alain Aspect. Zasłynął także jako pierwszy, który zademonstrował eksperymentalnie korpuskularno-falowy dualizm pojedynczych fotonów.

To też Cię zainteresuje: Medyczny Nobel w rękach Svante Pääbo

Ostatni z laureatów – Anton Zeilingera – zasłynął z przedstawienia udoskonalonej wersji doświadczenia Aspecta, a w 2006 roku jego zespół badawczy wytworzył splątanie na odległość 144 kilometrów.

Już sam pobieżny opis rozwoju mechaniki kwantowej pokazuje, dlaczego Komitet Noblowski w uzasadnieniu zwrócił uwagę, że opracowane przez wszystkich laureatów narzędzia eksperymentalne ukazały nową erę technologii kwantowej.

Kim są laureaci Nagrody Nobla z fizyki 2022?

Alain Aspect to francuski fizyk, absolwent École Normale Supérieure de Cachan. Wykonał i rozwinął eksperyment testujący teorię parametrów ukrytych. Do 1994 roku był zastępcą dyrektora Instytutu Optyki Teoretycznej i Stosowanej (SupOptique) w Palaiseau. Jest członkiem Francuskiej Akademii Nauk i Francuskiej Akademii Technologii oraz profesorem École Polytechnique w Paryżu.

John Francis Clauser to amerykański fizyk eksperymentalny, zajmujący się interferometrią i mechaniką kwantową. Związany jest z Lawrence Livermore National Laboratory i University of California at Berkeley

Anton Zeilinger to austriacki fizyk doświadczalny, specjalizujący się w interferometrii kwantowej;. Obecnie jest profesorem na Uniwersytecie w Wiedniu, a wcześniej związany był z Uniwersytetem w Innsbrucku.

Autorstwo zdjęć wykorzystanych w artykule:

https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=123738052

https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=84203665

https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=123730100

Autor

Michał Borek

Interesuję się zagadnieniami z zakresu kosmologii, kognitywistki, neuronauk, sztucznej inteligencji i filozofii. Ukończyłem kierunek Czystych Technologii Energetycznych na wydziale Inżynierii Środowiska Politechniki Śląskiej w Gliwicach. Obecnie jestem doktorantem filozofii przyrody i kosmologii. Moją wielką pasją są podróże i góry (tak zimą, jak i latem).

Więcej od tego autora