Двое из ученых, Джон Клаузер из JF Clauser & Associates и Ален Аспе из Университета Париж-Сакле и Парижского политехнического института, доказали, что квантовая запутанность не может быть объяснена классической физикой.
Третий, Антон Цайлингер из Венского университета, показал, как квантовая запутанность может использоваться, например, для «телепортации» информации от одной субатомной частицы к другой. Все трое разделят приз 10 миллионов шведских крон (915 тысяч долларов) поровну. Но обо всем по порядку.
Шведская королевская академия наук во вторник сообщила: «Разработка лауреатами экспериментальных инструментов заложила основу для новой эры квантовых технологий». Ожидается, что исследование будет играть важную роль в квантовых вычислениях, безопасной передаче информации и сенсорных технологиях. Над чем же работали ученые?
Работа трио была сосредоточена на явлении, известном как «квантовая запутанность», которое Альберт Эйнштейн назвал «жутким действием на расстоянии».
В общих чертах, квантовая запутанность означает, что свойства одной частицы можно вывести, исследуя свойства другой частицы. То есть то, что происходит с одной частицей в запутанной паре, определяет то, что происходит с другой, даже если они находятся слишком далеко, чтобы повлиять друг на друга.
Как отметили в Академии, простой способ представить это — подумать о том, что вам дают один из двух шаров — один белый, второй черный. Когда вы получаете белый шар, вы знаете, что другой шар черный.
При этом важно, что свойства каждой частицы не фиксируются до того момента, пока они не будут изучены — в сценарии с шарами это означает, что оба шара серые, пока вы на них не посмотрите, после чего один становится белым, а другой черным. Вот почему Эйнштейн называл эту связь «жуткой»: судя по всему, две частицы (или шары) по своей сути связаны между собой, без необходимости посылать сигнал между ними.
Одна из возможностей, обсуждаемых физикой на протяжении десятилетий, заключалась в том, что частицы могут содержать некоторую секретную информацию или «скрытые переменные», определяющие их свойства. Этой мысли придерживался и Эйнштейн (и, как выясняется, был неправ).
В начале 1960-х годов североирландский физик Джон Стюарт Белл предположил, что, проведя несколько экспериментов определенного типа и посмотрев на то, как результаты коррелируются, можно было бы опровергнуть существование скрытых переменных.
Вдохновленный работой господина Белла, американский физик Джон Клаузер, нынешний лауреат и герой, посвятил огромную часть своей жизни тому, чтобы доказать, что частицы на самом деле не содержат никакой секретной информации.
В 1969 году Клаузер возглавил группу, которая усовершенствовала общую идею Белла, чтобы ее можно было применить к реальному эксперименту с атомами кальция. В 1972 году он и еще один его коллега провели эксперимент, в результате которого наблюдали сверхмощные корреляции, предсказанные квантовой теорией, и провели первую проверку теоремы Белла.
А в 1980-х годах Ален Аспе — второй нынешний лауреат — вместе с командой выполнил значительно усовершенствованные версии этих экспериментов.
Другими словами, оказалось, что шары в приведенном выше сценарии не содержат скрытых инструкций о том, какой цвет принять. Вместо этого, как предсказывает квантовая механика, то, какой из них станет черным — зависит от случая.
Если Клаузер и Аспе использовали запутанность, чтобы доказать, что квантовая механика так же удивительна, как и рекламируется, то Цайлингер — третий из нынешних героев — стал пионером в использовании ее в качестве инструмента. Например, в 1998 году его команда показала, как можно взять две пары запутанных фотонов и поменять местами запутанность так, чтобы один фотон из первой пары оказался запутанным с фотоном из второй пары — метод, который может быть важным для соединения удаленных узлов в квантовом интернете, который невозможно взломать. Группа Цайлингера также показала, что можно использовать дополнительную запутанную пару фотонов для мгновенной передачи или «телепортации» точного квантового состояния одного фотона другому.
Такая работа стала началом роста квантовой информационной науки и квантовых вычислений — отраслей, которые сейчас очень бурно развиваются. Их огромный потенциал вряд ли был понятен десятилетия назад, ведь квантовая информация не считалась даже настоящей наукой. Но теперь это, пожалуй, самая горячая область в физике.
Также некоторые ученые отмечают, что премией нужно было отметить и господина Джона Белла, работы которого легли в основу отрасли, и который, к сожалению, умер, когда наука о квантовой информации еще не появилась. Джон Белл умер в 1990 году в возрасте 62 лет.
гэта партрэты ці карыкатуры?