Нобелівська премія з фізики - 2022,
або як вчені довели, що Айнштайн був не правий
Троє вчених здобули знамениту нагороду за
інноваційні експерименти в галузі квантової механіки,
яка охоплює світ атомів та частинок.
 |
| Світлина Нобелівського комітету |
У 2022 році Нобелівську премію з фізики здобули вчені Ален Аспе з Університету Париж-Сакле, Франція, Джон Клаузер з компанії JF Clauser & Associates, США та Антон Цайлінгер з Віденського університету, Австрія. На трьох вчені отримали грошову нагороду у розмірі 915 тисяч доларів США. Офіційне формулювання Нобелівського комітету, що пояснює за що вчені отримали Нобелівську премію, свідчить — "за експерименти із заплутаними фотонами, встановлення порушень у нерівності Белла та за інновації в квантовій інформатиці". У чому ж заслуги цих вчених і як вони довели, що Айнштайн був не правий, пише ScienceAlert.
Світ квантової механіки для багатьох здається дивним. Наприклад, у школі нас вчать тому, що за допомогою фізичних рівнянь можна точно передбачити, як поводитимуться ті чи інші предмети в майбутньому. Наприклад, куди полетить м'яч, якщо ми спустимо його з підвищення.
Але квантова механіка – це інше. Замість того, щоб передбачати окремі результати, вона розповідає нам про ймовірність виявлення субатомних частинок у певних місцях. Насправді частинка може бути в декількох місцях одночасно, перш ніж "вибрати" одне з них випадково під час вимірювань.
Альберт Айнштайн вважав, що такого не може бути. Вчений думав, що мають існувати приховані змінні, сили чи закони, невідомі нам, які передбачувано впливають на результати наших вимірів. Але в 1964 фізик Джон Белл створив теоретичний тест, щоб показати, що приховані змінні, про які говорив Айнштайн, не існують.
Згідно з квантовою механікою, частинки можуть бути заплутані, тобто з'єднані так, що коли ви впливаєте на одну частинку, то автоматично в той же час впливаєте і на іншу частинку. Якби взаємний вплив частинок, які знаходяться далеко одна від одної, можна було б пояснити тим, що у них відбувається взаємодія через приховані змінні, то зв'язок між ними мав б відбуватися зі швидкістю, яка перевищує швидкість світла. А це неможливо, згідно з теоріями Айнштайна.
Квантова заплутаність пов'язує властивості частинок, незалежно від того, наскільки далеко вони знаходяться одна від одної. Уявіть лампочку, яка випромінює два фотони (частки світла), які рухаються від неї в протилежних напрямках. Якщо ці фотони заплутані, вони можуть мати загальну властивість незалежно від відстані. Белл під час теоретичного тесту показав, що вони заплутані та пов'язані загадковим чином між собою.
Джон Клаузер застосував теорію Белла на практиці в 1972 році і показав, що світло дійсно може бути заплутаним. Хоча результати Клаузера були інноваційними свого часу, існувало кілька інших пояснень отриманих ним результатів.
Якби світло поводилося не зовсім так, як думали фізики, можливо, його результати можна було б пояснити і без заплутаності. Ці пояснення відомі як лазівки у тесті Белла, і Ален Аспе був першим, хто оскаржив їх. Аспе придумав експеримент, щоб виключити одну з найважливіших потенційних лазівок у тесті Белла. Він показав, що заплутані фотони в експерименті насправді не взаємодіють один з одним через приховані змінні, щоб одержати результат тесту Белла. Це означає, що вони справді пов'язані.
Колись люди використовували класичну механіку для створення машин та заводів, що призвело до промислової революції. Нові знання в електроніці призвели до цифрової революції. Але розуміння квантової механіки дозволяє використовувати її для створення нових пристроїв, що призведе до революції квантових технологій.
Квантову заплутаність можна використовувати у обчисленнях для обробки інформації такими способами, які раніше були неможливими. Виявлення невеликих змін у заплутаності може дозволити датчикам виявляти речі з більшою точністю, ніж будь-коли раніше.
Робота Антона Цайлінгера проклала шлях до квантової технологічної революції, показавши, як можна пов'язати низку заплутаних систем разом, щоб побудувати квантовий еквівалент мережі. У 2022 році ці програми квантової механіки вже не є науковою фантастикою. Ми маємо перші квантові комп'ютери. Деякі супутники використовують квантову заплутаність для забезпечення безпечного зв'язку на планеті. А квантові датчики використовують у різних пристроях від медичних приладів до військових технологій.