Нобелевская премия по физике 2022. Ученые доказали, что Эйнштейн был не прав
Трое ученых получили знаменитую награду за инновационные эксперименты в области квантовой механики, которая охватывает мир атомов и частиц.
В 2022 году Нобелевскую премию по физике получили ученые Ален Аспе из Университета Париж-Сакле, Франция, Джон Клаузер из компании J.F. Clauser & Associates, США и Антон Цайлингер из Венского университета, Австрия. На троих ученые получили денежную награду в размере 915 тысяч долларов США. Официальная формулировка Нобелевского комитета, объясняющая за что ученые получили Нобелевскую премию, гласит – “за эксперименты с запутанными фотонами, установление нарушений в неравенстве Белла и за инновации в квантовой информатике”. В чем же состоят заслуги этих ученых и как они доказали, что Эйнштейн был не прав, пишет ScienceAlert.
Мир квантовой механики для многих людей кажется странным. Например, в школе нас учат тому, что с помощью физических уравнений можно точно предсказать, как будут вести себя те или иные предметы в будущем. Например, куда полетит мяч, если мы спустим его с возвышения.
Но, квантовая механика – это другое. Вместо того, чтобы предсказывать отдельные результаты, она рассказывает нам о вероятности обнаружения субатомных частиц в определенных местах. На самом деле частица может находиться в нескольких местах одновременно, прежде чем “выбрать” одно из них случайно во время измерений.
Альберт Эйнштейн считал, что такого не может быть. Ученый полагал, что должны существовать скрытые переменные, силы или законы, неизвестные нам, которые предсказуемо влияют на результаты наших измерений. Но в 1964 году физик Джон Белл создал теоретический тест, чтобы показать, что скрытые переменные, о которых говорил Эйнштейн, не существуют.
Согласно квантовой механике, частицы могут быть запутаны, то есть соединены так, что, когда вы влияете на одну частицу, то автоматически в то же время влияете и на другую частицу. Если бы взаимное влияние частиц, которые находятся далеко друг от друга, можно было объяснить тем, что у них происходит взаимодействие через скрытые переменные, то связь между ними должна была бы происходить со скоростью, которая превышает скорость света. А это невозможно, согласно теориям Эйнштейна.
Квантовая запутанность связывает свойства частиц, независимо от того, насколько далеко они находятся друг от друга. Представьте себе лампочку, которая излучает два фотона (частицы света), которые движутся от нее в противоположных направлениях. Если эти фотоны запутаны, то они могут иметь общее свойство независимо от расстояния. Белл во время теоретического теста показал, что они запутаны и связаны загадочным образом между собой.
Джон Клаузер применил теорию Белла на практике в 1972 году и показал, что свет действительно может быть запутан. Хотя результаты Клаузера были инновационными для своего времени, существовало несколько других объяснений полученных им результатов.
Если бы свет вел себя не совсем так, как думали физики, возможно, его результаты можно было бы объяснить и без запутанности. Эти объяснения известны как лазейки в тесте Белла, и Ален Аспе был первым, кто оспорил их. Аспе придумал эксперимент, чтобы исключить одну из самых важных потенциальных лазеек в тесте Белла. Он показал, что запутанные фотоны в эксперименте на самом деле не взаимодействуют друг с другом через скрытые переменные, чтобы получить результат теста Белла. Это означает, что они действительно связаны.
Когда-то люди использовали классическую механику для создания машин и заводов, что привело к промышленной революции. Новые познания в электронике привели к цифровой революции. Но понимание квантовой механики позволяет нам использовать ее для создания новых устройств, что приведет к революции квантовых технологий.
Квантовую запутанность можно использовать в вычислениях для обработки информации такими способами, которые раньше были невозможны. Обнаружение небольших изменений в запутанности может позволить датчикам обнаруживать вещи с большей точностью, чем когда-либо прежде.
Работа Антона Цайлингера проложила путь к квантовой технологической революции, показав, как можно связать ряд запутанных систем вместе, чтобы построить квантовый эквивалент сети. В 2022 году эти приложения квантовой механики уже не являются научной фантастикой. У нас есть первые квантовые компьютеры. Некоторые спутники используют квантовую запутанность для обеспечения безопасной связи на планете. А квантовые датчики используются в разных устройствах от медицинских приборов до военных технологий.
