«Проложили путь новым технологиям»: Нобелевскую премию по физике дали за доказательство постулатов квантовой механики

Нобелевский комитет Королевской академии наук назвал имена лауреатов Нобелевской премии 2022 года по физике. Ими стали француз Ален Аспе, американец Джон Клаузер и австриец Антон Цайлингер. 

«Ален Аспе, Джон Клаузер и Антон Цайлингер — каждый из них — провели революционные эксперименты, используя запутанные квантовые состояния, при которых две частицы, даже оказываясь разделёнными, ведут себя как одно целое. Полученные ими результаты проложили путь новым технологиям, основанным на квантовой информации», — говорится в заявлении Нобелевского комитета.

Комитет напомнил, что сейчас квантовые эффекты начинают находить практическое применение — уже ведутся работы по созданию квантовых компьютеров, а также линий связи, защищённых квантовым шифрованием. 

Принцип неопределённости

Одно из ключевых явлений квантовой физики — квантовая запутанность частиц: изменение, произошедшее с одной частицей, приводит к изменению другой частицы, находящейся на расстоянии от первой. Точно рассчитать координаты и скорость квантовых частиц невозможно — этот принцип квантовой неопределённости сформулировал в 1927 году немецкий физик-теоретик Вернер Гейзенберг.

Однако не все учёные были готовы смириться с неопределённостью. К примеру, с этим постулатом спорил Альберт Эйнштейн, который считал, что науке пока просто неизвестны скрытые параметры, заставляющие частицы вести себя определённым образом.

• AFP
• © Jonathan NACKSTRAND

В 1964 году физик Джон Белл предложил неравенство для проверки теории о скрытых параметрах. Неравенство, в которое требуется подставить результаты экспериментальных измерений, составлено так, что будет нарушаться, только если скрытые параметры не существуют.

Джон Клаузер развил идеи Белла и провёл практические эксперименты.

«Проведённые им измерения подтвердили квантовую механику, явно нарушая неравенство Белла. Это значит, что квантовая механика не может быть заменена теорией, использующей скрытые параметры», — говорится в релизе Нобелевского комитета.

Также по теме

«Эпоха бурного развития»: доктор наук — о квантовых компьютерах и второй технологической революции

Как устроен квантовый компьютер, а также чем квантовый телефон отличается от обычного и насколько защищённым будет квантовый...

Однако после опыта Джона Клаузера оставались ещё некоторые сомнения: нужно было устранить возможное влияние настроек измерения параметров частиц в момент покидания ими источника излучения.

Ален Аспе доработал экспериментальную установку таким образом, что эта важная лазейка была закрыта. Он сумел переключить настройки измерения после того, как запутанная пара покинула источник, таким образом, настройка, существовавшая на момент выпуска частиц, не могла повлиять на результат.

В свою очередь, Антон Цайлингер начал работать с запутанными квантовыми состояниями, проводя долгие серии экспериментов с использованием усовершенствованной аппаратуры.

«Среди прочего его исследовательская группа продемонстрировала феномен, называемый квантовой телепортацией, который позволяет передавать квантовое состояние от одной частицы к другой на расстоянии», — отметил Нобелевский комитет. 

Как пояснил в комментарии RT старший научный сотрудник Центра квантовых технологий МГУ имени М.В. Ломоносова, руководитель научной группы Российского квантового центра Станислав Страупе, лауреаты Нобелевской премии вели исследования оснований квантовой физики.

«Квантовый мир отличается от классического тем, что в нём присутствует принципиальная случайность. Есть ситуации, в которых результаты квантовых измерений нельзя спрогнозировать, как бы хорошо мы ни понимали физические процессы, которые в изучаемой системе происходят. В своё время с этой особенностью квантовой теории спорил Альберт Эйнштейн. Эйнштейн надеялся, что в будущем появится более фундаментальная и глубокая теория, объясняющая, как он считал, те пробелы, которые привели к появлению вероятностного подхода. «Бог не играет в кости» — так он говорил», — отметил эксперт.

• Альберт Эйнштейн
• Gettyimages.ru
• © Library of Congress

Долгое время казалось, что это сугубо философский спор. Однако нынешние лауреаты Нобелевской премии смогли перенести данный вопрос из философской в экспериментальную область и доказали, что вероятностный подход — это не результат ошибок или пробелов, а действительно фундаментальный принцип, управляющий квантовым миром, подчеркнул Страупе.

«Аспе и Клаузер были пионерами этих исследований, а Цайлингер сделал очень многое для развития этой области науки — для оснований квантовой теории. Их работы заложили фундамент для исследований в сфере квантовых вычислений и связи. Всё это выросло из таких экспериментов и стремления учёных понять принципы квантового мира», — подытожил Страупе.