Badania godne Nagrody Nobla torują drogę nowym technologiom kwantowym
Tegoroczna Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki powędrowała do dwóch stypendystów Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERBN) – Alaina Aspecta oraz Antona Zeilingera, którą otrzymali wspólnie z Johnem Clauserem za „eksperymenty ze splątanymi fotonami, ustanawiające naruszenie nierówności Bella i pionierską informatykę kwantową”. Niezależne badania tych trzech fizyków nad splątaniem kwantowym utorowały drogę do opracowania nowych technologii opartych na informacji kwantowej. W mechanice kwantowej dwie lub więcej cząstek może istnieć w tak zwanym stanie splątanym. W takim przypadku zdarzenia dotyczące jednej z cząsteczek wpływają na stan drugiej cząsteczki, niezależnie od dzielącej je odległości. Zjawisko to nazywamy splątaniem kwantowym. Początkowo wierzono, że jego występowanie jest niemożliwe – badacze uważali, że na wyniki dokonywanych pomiarów wpływają ukryte zmienne. Jednak w 1964 roku fizyk John Bell opracował nierówność matematyczną, która wykazała, że ukryte zmienne w rzeczywistości nie istnieją. Na początku lat 70. XX wieku amerykański fizyk John Clauser zastosował teorię Bella i wykazał, że para splątanych fotonów zachowywała się tak samo pomimo fizycznego rozdzielenia, udowadniając tym samym, że ukryte zmienne nie mogą stanowić wyjaśnienia efektów splątania kwantowego. Doświadczenie Clausera pozostawiło jednak kilka problemów do rozwiązania.
Rozwiązywanie problemów
W 1981 roku Alain Aspect opracował eksperyment, który wykluczył ważną lukę w teście Bella. Wprowadzając dwa fotony zlokalizowane w odległości 12 metrów od siebie w stan splątania wykazał, że fotony w rzeczywistości nie komunikują się ze sobą przy pomocy ukrytych zmiennych. Prof. Aspect otrzymał wsparcie dla swoich pionierskich badań dzięki finansowanemu ze środków Unii Europejskiej projektowi QUANTATOP (Quantum Atom Optics from Entangled Pairs to Strongly Correlated Systems), w ramach którego powstały podstawowe narzędzia do wykorzystania w doświadczeniach z zakresu optyki kwantowej oraz wykrywania i manipulowania pojedynczymi atomami.
Próby teleportacji kwantowej
Osiągnięciem prof. Zeilingera było rozszerzenie zakresu zastosowań splątanych stanów kwantowych. W 1997 roku prowadzonej przez niego grupie badaczy udało się zaprezentować oparte na stanie splątania zjawisko nazywane teleportacją kwantową, które umożliwia przeniesienie stanu kwantowego z jednej cząsteczki do drugiej pomimo dzielącej je odległości. Dzięki dofinansowaniu przekazanemu przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych w ramach projektu QIT4QAD (Photonic Quantum Information Technology and the Foundations of Quantum Physics in Higher Dimensions) prof. Zeilinger opracował nowe technologie z myślą o dziedzinie informatyki kwantowej, zaprezentował nowe koncepcje obliczeń kwantowych i przeprowadził fundamentalne eksperymenty z zakresu mechaniki kwantowej. Mariya Gabriel, komisarz UE ds. innowacji, badań naukowych, kultury, edukacji i młodzieży, pogratulowała badaczom w informacji prasowej opublikowanej przez ERBN: „Gratulujemy nowym laureatom Nagrody Nobla! Szczególną radością napawa nas fakt, że Anton Zeilinger i Alain Aspect realizowali swoje badania dzięki grantom Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych. To kolejna wspaniała wiadomość po informacji o przyznaniu wczorajszej Nagrody Nobla Svante Pääbo, kolejnemu stypendyście ERBN. Dzięki temu w gronie tegorocznych laureatów tego wyjątkowego wyróżnienia jest już trzech naukowców, którzy otrzymali znaczące wsparcie ze strony Unii Europejskiej. To doskonale pokazuje, że warto inwestować w najlepszych badaczy i pozwalać im zgłębiać obszary, do których prowadzi ich naukowa ciekawość”. Przewodnicząca ERBN, prof. Maria Leptin dodała: „Moje gratulacje dla zwycięzców! Zarówno Anton Zeilinger jak i Alain Aspect otrzymali wsparcie na swoje przełomowe badania od Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych. Dołączyli dzięki temu do grona dwanaściorga stypendystów ERBN, którzy otrzymali Nagrodę Nobla. Niezwykle ważne jest, by najbłyskotliwsze umysły miały wolną rękę w zgłębianiu najlepszych pomysłów i idei”. Więcej informacji: projekt QUANTATOP projekt QIT4QAD
Słowa kluczowe
QUANTATOP, QIT4QAD, kwantowe, Nagroda Nobla, fizyka, splątanie kwantowe, foton, informacja kwantowa, ukryta zmienna, Alain Aspect, Anton Zeilinger
