Нобелевская премия по физике: что такое квантовая запутанность?

Иллюстрация: Запутанность
Иллюстрация: Запутанность Автор: Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences

Нобелевскую премию по физике в этом году получили француз Ален Аспе, американец Джон Клаузер и австриец Антон Цайлингер. В ходе своих исследований лауреаты создали ряд методов и инструментов, помогающих извлечь практическую пользу из квантовой физики.

Исследования, проведенные нобелевскими лауреатами, помогут использовать особые свойства квантовых частиц. Благодаря этому в будущем можно будет строить более совершенные компьютеры, проводить более точные измерения, создавать квантовые сети и защищенные от несанкционированного доступа каналы связи.

По сути, квантовая запутанность - это уникальное свойство квантового мира, когда частицы (связанные друг с другом, то есть запутанные) могут "чувствовать" друг друга на расстоянии и мгновенно менять свое состояние в ответ на изменение состояния другой частицы. Эта технология лежит в основе множества потенциальных практических применений, в частности, квантовой связи. Такая связь, если удастся ее создать, будет абсолютно защищена от взлома, потому что любое вторжение будет моментально замечено. 

Долгое время вопрос заключался в том, связаны ли мгновенные изменения с тем, что частицы в запутанной паре содержали скрытые параметры – инструкции, сообщающие им, какой результат они должны дать в эксперименте. 

В 1960-х годах Джон Стюарт Белл разработал математическое неравенство, названное в его честь.

Джон Клаузер развил идеи Джона Белла. Он построил экспериментальное устройство, которое одновременно излучало два квантово-запутанных фотона. Частицы света попадали в фильтры, измеряющие направление их колебаний и поляризацию. Полученный результат явно нарушил неравенство теоремы Белла и тем самым подтвердил предсказания квантовой механики.

Схема эксперимента Джона Клаузера. Автор: Нобелевский комитет

Методология, созданная Аленом Аспе, позволила преодолеть важную проблему, стоявшую перед квантовой оптикой. Физик сумел переключить настройки измерения после того, как квантово-запутанные фотоны покинули источник излучения. Это позволяло следить за тем, чтобы используемые настройки не влияли на результат измерения.

Схема эксперимента Алана Аспе. Автор: Нобелевский комитет


Исследование Антона Цайлингера касается запутанных квантовых состояний. Команде ученых удалось продемонстрировать существование квантовой телепортации. Это позволяет передать квантовое состояние одной частицы другой, находящейся далеко от первой.

Схема эксперимента Антона Цайлингера. Автор: Нобелевский комитет

В прошлом году Нобелевскую премию по физике разделили ученые Сюкуро Манабэ и Клаус Хассельман ("за физическое моделирование климата Земли и надежный анализ глобального потепления") и Джорджо Паризи ("за открытие того, как порядок и флуктуации взаимодействуют в физических системах от атомов до планет").

Нобелевская неделя 2022 года стартовала 3 октября. Традиционно первыми объявили лауреатов премии по медицине и физиологии. В 2022-м ее обладателем стал шведский ученый Сванте Пяэбо - за "открытия, касающиеся генома вымерших гомининов и эволюции человека".

5 октября будут объявлены имена обладателей Нобелевской премии по химии, 6 октября - по литературе, а 7 октября в Осло назовут лауреата премии мира. 10 октября станет известно, кто получит премию по экономике. Вручение наград состоится 10 декабря, в день смерти Альфреда Нобеля. Обычно лауреаты получают премии лично на торжественной церемонии с участием короля Швеции Карла XVI Густава. Однако в 2020 и 2021 годах из-за пандемии Covid-19 церемонии проводились в видеоформате. 

Редактор: Юлия Тислер

Источник: Нобелевский комитет

Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: