W tym roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki została równo podzielona między trzech naukowców, zajmujących się badaniami nad stanem splątanym. Jest to szczególny stan kwantowy, w którym dwie cząsteczki zachowują się, jakby stanowiły całość, nawet jeśli są rozdzielone. Wyniki badań nagrodzonych naukowców przetarły szlak dla opartej na tym zjawisku technologii.

Laureaci Nagrody Nobla z fizyki 2022. Jak głosi podpis, zostali uhonorowani “za eksperymenty ze splątanymi fotonami, potwierdzenie nieprawidłowości nierówności Bella i utorowanie drogi dla informatologii (ang. information science) kwantowej.

W tym momencie badania związane z mechaniką kwantową są ogromną, szybko rozwijającą się gałęzią nauki. Zajmuje się ona między innymi komputerami kwantowymi, sieciami kwantowymi (ang. quantum networks), a także bezpieczną komunikacją, opartą na kryptografii kwantowej. Kluczowym elementem dla rozwoju tych badań jest stan splątany, w którym cokolwiek stanie się z jedną cząsteczką, stanie się również z drugą.

Przez długi czas działanie splątania było dla naukowców tajemnicą. Jedną z teorii były ukryte zmienne – bądź instrukcje – które przekazywały splątanym cząsteczkom, jak powinny się zachować. W latach sześćdziesiątych ubiegłego wieku John Stewart Bell wyprowadził matematyczną nierówność, która została nazwana jego imieniem. Zakładała ona, że jeśli ukryte zmienne istnieją, korelacja wyników dużej liczby pomiarów nigdy nie przekroczy konkretnej wartości. Jednak według mechaniki kwantowej, w przypadku szczególnego typu eksperymentu wartość ta zostałaby znacznie przekroczona.

John Clauser rozwinął pomysł Johna Bella, przeprowadzając badania w praktyce. Wyniki pomiarów wsparły teorię mechaniki kwantowej, wyraźnie nie zgadzając się z nierównością Bella. Oznacza to, że mechanika kwantowa nie może być zastąpiona teorią, w której pojawiają się ukryte zmienne.

Badania wykonane przez Johna Clausera nie były pełne. Alain Aspect wypełnił tę lukę własnymi, w których upewnił się, że żadne z początkowych ustawień i parametrów nie mogły wpływać na wyniki pomiarów.

Początkiem wykorzystania stanu splątanego były jednak dopiero eksperymenty Antona Zeilingera. Między wieloma innymi dokonaniami, jego zespół badawczy zaprezentował zjawisko nazywane teleportacją kwantową (ang. quantum teleportation), które pozwala na przeniesienie stanu kwantowego z jednej cząsteczki do innej, kiedy są od siebie oddalone.

Badania Alaina Aspecta, Johna Clausera i Antona Zeilingera to dopiero początek. Dopiero przyszłość przyniesie nam kolejne, może jeszcze bardziej intrygujące możliwości wykorzystania zbadanych przez nich zjawisk. Cokolwiek jednak się stanie, jest możliwe właśnie dzięki nim, i w tym roku Komitet Noblowski postanowił uznać ich zasługi za godne najbardziej prestiżowego wyróżnienia, jakie może otrzymać naukowiec.

Korekta – Krystyna Syty

Źródła:

Autor

Matylda Kołomyjec