Нобеловата награда за физика за 2022 година е доделена на тројца научници за пионерски експерименти во квантната механика, теоријата која го покрива микросветот на атомите и честичките.
Физичарите Ален Аспе од Франција, Џон Клаузер од САД и Антон Цајлингер од Австрија ќе поделат сума од 10 милиони шведски круни (915.000 УСД) „за експерименти со заплеткани фотони, утврдување на прекршување на Беловата теорема и пионерска квантна информатичка наука“.
BREAKING NEWS:
The Royal Swedish Academy of Sciences has decided to award the 2022 #NobelPrize in Physics to Alain Aspect, John F. Clauser and Anton Zeilinger. pic.twitter.com/RI4CJv6JhZ— The Nobel Prize (@NobelPrize) October 4, 2022
Светот на квантната механика навистина изгледа многу чудно. На училиште нè учат дека равенките во физиката ни дозволуваат да предвидиме точно како ќе се однесуваат работите во иднина – каде ќе оди топката ако ја спуштиме по рид, на пример.
Квантната механика е сосема поинаква. Наместо да предвидува поединечни исходи, ни кажува за веројатноста да се најдат субатомски честички на одредени места. Една честичка всушност може да биде на неколку места во исто време, пред случајно да „одбере“ една локација кога ќе ја измериме, објаснува Роберт Јанг, професор по физика и директор на Центарот за квантни технологии Ланкастер.
Дури и самиот голем Алберт Ајнштајн бил вознемирен од ова – до тој степен што бил убеден дека не е во ред. Наместо исходите да бидат случајни, тој мислеше дека мора да има некои „скриени променливи“ – сили или закони што не можеме да ги видиме – кои очекувано влијаат на резултатите од нашите мерења.
Некои физичари, сепак, ги прифатија последиците од квантната механика. Џон Бел, физичар од Северна Ирска, направи важен чекор напред во 1964 година, смислувајќи теоретски тест за да покаже дека скриените променливи што ги имал на ум Ајнштајн не постојат.
Според квантната механика, честичките можат да се „заплеткаат“, морничаво да се поврзат така што ако манипулирате со едната, автоматски и веднаш манипулирате со другата.
Ако оваа морничава испреплетеност – честички кои се оддалечени една од друга и во еден момент мистериозно влијаат една на друга – требаше да се објасни со честичките кои меѓусебно комуницираат преку скриени променливи, тоа би барало побрза од светлината комуникација меѓу двете, што Теориите на Ајнштајн забрануваат.
Квантното заплеткување е предизвикувачки концепт за разбирање, кој во суштина ги поврзува својствата на честичките без разлика колку се оддалечени една од друга. Замислете сијалица која емитува два фотони (честички на светлина) кои патуваат во спротивни насоки од неа.
Ако овие фотони се заплеткаат, тогаш тие можат да делат својство, како што е нивната поларизација, без оглед на нивната оддалеченост. Бел замислил да прави посебни експерименти на овие два фотони и да ги спореди нивните резултати за да докаже дека тие се заплеткани (вистински и мистериозно поврзани).
Клаузер ја спроведе теоријата на Бел во пракса во време кога извршувањето на експерименти на единечни фотони беше речиси незамисливо. Во 1972 година, само осум години по познатиот мисловен експеримент на Бел, Клаузер покажа дека светлината навистина може да се заплетка.
Иако резултатите на Клаузер беа револуционерни, имаше неколку алтернативни, поегзотични објаснувања за резултатите што ги доби.
Ако светлината не се однесува точно како што мислеле физичарите, можеби нејзините резултати би можеле да се објаснат без заплеткување. Овие објаснувања се познати како дупки во тестот на Бел, а Алан Аспе беше првиот што го оспори ова.
Имено, Аспе смислил генијален експеримент за да ја исклучи една од најважните потенцијални дупки во тестот на Бел. Тој покажа дека заплетканите фотони во експериментот всушност не комуницираат едни со други преку скриени променливи за да го одлучат исходот од тестот на Бел.
Во науката, неверојатно е важно да се тестираат концепти за кои веруваме дека се вистинити. И малкумина одиграа поважна улога во тоа од Аспе. Квантната механика беше тестирана одново и одново во текот на минатиот век и успеа да преживее.
Квантна технологија
Можеби обичниот човек не разбира зошто е важно како се однесува микроскопскиот свет или фотоните може да се заплеткаат. Тука навистина блеска визијата на Цијлингер.
Во минатото, нашето знаење за класичната механика го користевме за изградба на машини, за производство на фабрики, што доведе до индустриска револуција. Познавањето на однесувањето на електрониката и полупроводниците ја започна дигиталната револуција.
Но, разбирањето на квантната механика ни овозможува да ја искористиме, да направиме уреди способни да прават нови работи. Навистина, многумина веруваат дека тоа ќе ја започне следната револуција во квантната технологија.
Квантното заплеткување може да се користи во пресметките за обработка на информации на начини кои претходно не биле можни. Откривањето на мали промени во заплетот може да им овозможи на сензорите да детектираат нешта со поголема прецизност од кога било досега.
Комуникацијата со заплеткана светлина, исто така, може да гарантира безбедност, бидејќи мерењата на квантните системи можат да детектираат присуство на прислушувачи.
Работата на Цајлингер го отвори патот за квантната технолошка револуција со тоа што покажа како е можно да се поврзат низа заплеткани системи заедно, градејќи го квантниот еквивалент на мрежата.
Во 2022 година, овие апликации на квантната механика не се научна фантастика. Ги имаме првите квантни компјутери. Кинескиот сателит Мо-цу користи заплеткување за да овозможи безбедна комуникација низ целиот свет. И квантните сензори се користат во апликации од медицински слики до откривање на подморници.
Конечно, Нобеловиот комитет за 2022 година ја препозна важноста на практичните основи за производство, манипулација и тестирање на квантната испреплетеност и револуцијата што ја поттикнува со своите откритија.