Нобелевку по физике получили исследователи квантовой механики

Нобелевской премией по физике в 2022 году награждены исследователи в области квантовой механики, проводившие «эксперименты с запутанными фотонами, когда две разделенные частицы ведут себя как единое целое». Награду в размере $1,1 млн разделят французский и американский физики Ален Аспе и Джон Клаузер, а также австрийский ученый Антон Цайлингер. Эксперименты лауреатов позволили проводить исследования с квантовыми компьютерами и сетями, пояснили в Нобелевском комитете. Антон Цайлингер также изучал квантовую телепортацию, но заверил, что достижения нынешней науки не позволят мгновенно телепортировать людей.

Нобелевские лауреаты в области физики удостоены за новаторские эксперименты с «использованием запутанных квантовых состояний, когда две частицы ведут себя как единое целое, даже когда разделены». Их исследования «открыли путь для новых технологий», основанных на квантовой механике, пояснили в Нобелевском комитете. «Одним из главных факторов является то, как квантовая механика позволяет двум или более частицам существовать в состоянии так называемой запутанности. То, что происходит с одной из частиц в паре, определяет, что происходит с другой частицей, даже если они находятся далеко друг от друга»,— уточнили в комитете.

Разработки лауреатов выстраивались вокруг неравенства или теоремы Белла (открыта в 1960-х годах математиком Джоном Стюартом Беллом). В теореме утверждается, что вне зависимости от наличия скрытых параметров, влияющих на физические характеристики квантовой частицы, можно провести эксперимент, результаты которого подтвердят или опровергнут наличие таких скрытых параметров. 79-летний Джон Клаузер, возглавляющий исследовательскую компанию J. F. Clauser and Associates, сумел провести такой эксперимент: он создал устройство, запускающее одновременно два запутанных фотона (частица, способная существовать, только двигаясь со скоростью света). В результате Джону Клаузеру удалось доказать нарушение неравенства Белла. Профессор Университета Париж-Сакле 75-летний Ален Аспе сумел доработать устройство так, чтобы его изначальные настройки не влияли на конечный результат. Наконец, профессор Венского университета 77-летний Антон Цайлингер изучал состояния квантовой запутанности. Его группа сумела впервые осуществить квантовую телепортацию (перемещает квантовое состояние от одной частицы к другой на расстоянии).

В Нобелевском комитете подчеркнули, что основы квантовой механики — «не просто теоретический или философский вопрос». «Невыразимые эффекты квантовой механики уже начинают находить применение. Существует обширная область исследований, включающая квантовые компьютеры, квантовые сети и безопасную связь с квантовым шифрованием»,— говорится в пресс-релизе комитета. Председатель Нобелевского комитета Андерс Ирбек добавил: «Становится все более очевидным, что появляется новый вид квантовой технологии».

Руководитель научной группы в Российском квантовом центре Алексей Федоров назвал награду трем ученым «давно ожидаемой». «Их эксперименты помогли впервые проверить теоретические концепции, в том числе корпускулярно-волновой дуализм, нелокальность, запутанность, которые являются основой для систем квантовой коммуникации, сенсорики и вычислений»,— сказал ТАСС господин Федоров. Старший научный сотрудник лаборатории квантовой обработки информации «Сколтеха» Игорь Захаров счел присуждение Нобелевской премии по физике знаком того, что «мир вступил в эпоху квантовой обработки информации». Господин Федоров напомнил, что Антон Цайлингер в 2017 году принимал участие в китайском эксперименте со спутником связи «Мо-цзы», в ходе которого был поставлен рекорд дальности по квантовой телепортации — 1,2 тыс. км.

Примечательно, что сам господин Цайлингер отверг на пресс-конференции Нобелевского комитета в Стокгольме возможность телепортации людей.

Австрийский ученый сомневается, что достижения квантовой физики «когда-либо позволят мгновенно перемещать людей в пространстве».

«За счет использования феномена запутанности частиц можно передать всю информацию, которую несет на себе объект, в другое место, где он собирается заново. Но представить себе подобные действия в отношении больших физических тел в данный момент невозможно»,— пояснил он.

Вручение Нобелевской премии пройдет 10 декабря в Стокгольме: лауреаты разделят 10 млн шведских крон (около $1,1 млн). Первая Нобелевская премия по физике была присуждена в 1901 году немцу Вильгельму Рентгену за открытие излучения, названного его именем. Советские и российские физики становились лауреатами в этой номинации 12 раз. В 2021 году награду в этой области получили Сюкуро Манабэ, Клаус Хассельман и Джорджо Паризи за исследование физического моделирования климата Земли и предсказания глобального потепления.

Александр Воронов