Відкрили шлях до другої квантової революції. Хто і за що отримав Нобелівську премію з фізики
Продовжуємо аналізувати Нобелівську премію — 2022. Цього року на здобуття нагороди висунули 343 кандидати, переможець у кожній номінації отримає Нобелівську медаль та диплом, а також грошову винагороду.
Вчора оголосили лауреатів Нобелівської премії з фізики. SPEKA аналізує, чим відзначилися переможці.
Нобелівську премію з фізики отримали
Ален Аспект, Джон Клаузер і Антон Цайлінґер провели новаторські експерименти з використанням заплутаних квантових станів, коли дві частинки поводяться як єдине ціле, навіть якщо вони розділені. Результати цих експериментів прокладають шлях для нових технологій, заснованих на квантовій інформації.
Підписуйтеся на наші соцмережі
«З'являється новий вид квантових технологій. Ми бачимо, що робота лауреатів із заплутаними станами має велике значення, навіть поза фундаментальними питаннями щодо інтерпретації квантової механіки», — говорить Андерс Ірбек, голова Нобелівського комітету з фізики.
Що означає відкриття Аспекта, Клаузера і Цайлінґера. Коментар експерта
Про результати цьогорічної премії з фізики для SPEKA розповів провідний науковий співробітник Інституту теоретичної фізики ім. М.М. Боголюбова Національної академії України, доктор наук Андрій Семенов.
Роботи професора Антона Цайлінґера, Алена Аспекта і Джона Клаузера — це низка складних експериментів, але насамперед це фундаментальний прорив, який уже зараз зумовлює появу принципово нових технологій.
Ці експерименти — одна з основ того, що зветься другою квантовою революцією. Перша квантова революція зумовила, зокрема, появу напівпровідників, новітніх матеріалів, атомної енергетики. Фундаментальні закони, на яких вона базується, відкрили на початку ХХ століття. Це було дослідження великих систем, сукупностей частинок. А сьогодні ми ставимо експерименти з поодинокими атомами, фотонами, електронами.
Цю Нобелівську премію отримали саме за фундаментальні результати досліджень. Історія, до речі, дуже давня. Дискусія почалася у 1935 році, спочатку був Ейнштейн, який не вірив у те, що квантова механіка в принципі правильна. Він є одним із засновників квантової механіки, але не міг зрозуміти, чому «Бог грає зі Всесвітом у кості». В нього була певна дискусія з Бором: Ейнштейн, умовно, вважав, що квантова механіка без прихованих змінних не працює, Бор — що працює… Багато фізиків не заглиблювалися у ці філософські питання і використовували квантову механіку як інструмент, щоб щось порахувати, розробити певну технологію.
У 1964 році Джон Стюарт Белл розробив певну математичну нерівність і сказав: «Можна поставити за моєю теорією експеримент, і якщо правий Ейнштейн, то буде от так, а якщо Ейнштейн неправий, то буде інакше».
У чому полягає нерівність, або теорема Белла?
Теорема Белла — теоретичне твердження, що встановлює важливу відмінність від передбаченнями квантової механіки та класичної фізики і показує, що жодна теорія з локальними прихованими параметрами не може відтворити квантовомеханічні результати.
Першим цей експеримент провів Джон Клаузер з колегами, але він був дещо недосконалим. Ален Аспект експеримент удосконалив. Після вже не було жодних сумнівів, що квантова механіка повністю працює і що Ейнштейн був неправий, а був правий Бор.
Тут ми впритул підійшли до Антона Цайлінґера. Одна з його важливих робіт — це узагальнення ідеї Белла на випадок не двох, а трьох частинок. Це дало змогу по-новому подивитися на цю проблему. Друга важлива обставина — його група експериментувала на реально величезних відстанях. І зрештою Цайлінґер вперше провів експеримент, який продемонстрував протокол так званої телепортації. Це інформаційна процедура, переміщення квантового стану від однієї частинки до іншої на відстані.
Є непогана класифікація: це квантові обчислення, квантові симуляції, квантова комунікація, тобто квантовий зв'язок, і квантова метрологія.
Квантова метрологія дає можливість робити надточні вимірювання. Квантові комп'ютери — обчислювальні прилади, які деякі класи завдань будуть розв'язувати набагато швидше, ніж звичайні. На те, що звичайний комп'ютер буде обраховувати стільки часу, скільки існує Всесвіт, квантовому знадобляться секунди. Дуже цікава штука квантова симуляція — це модулювання за допомогою однієї квантової системи іншої. І це відкриває багато нових можливостей на кшталт дизайну ліків, пошуку нових речовин тощо. І нарешті квантова комунікація, яка на сьогодні не тільки є, але й комерційно доступна.
Технологічний прогрес на базі другої квантової революції відбувається вже сьогодні. І в чомусь навіть швидше, ніж розвиток відповідних технологій після першої квантової революції, яка повністю змінила наш світ.
За що у цьому році дали Нобелівську премію з медицини та фізіології, читайте тут.
А про лауреатів премії з хімії дізнатися можна тут.
