Нобелевскую премию по физике присудили за квантовую запутанность

Лауреатами Нобелевской премии по физике 2022 года стали Ален Аспе (Alain Aspect), Джон Клаузер (John F. Clauser) и Антон Цайлингер (Anton Zeilinger) — за эксперименты с запутанными фотонами, исследование нарушений неравенств Белла и работы по квантовой информатике. За церемонией объявления победителей можно следить в прямом эфире на сайте Нобелевского комитета. Подробнее об исследованиях ученых и их заслугах можно прочитать в официальном пресс-релизе.

Свои премии лауреаты получат на официальной церемонии, которая состоится 10 декабря.

Работа всех трех лауреатов связана с исследованием запутанных квантовых частиц и нарушением неравенств Белла. Эти неравенства в 1960-х годах предложил Джон Белл, чтобы проверить, есть или нет в квантово-механической системе скрытые параметры. Если эти неравенства выполняются, то в системе есть некоторые скрытые параметры, и выполняется гипотеза локального реализма — то есть что физические объекты реально существуют и влияют только на свое локальное окружение. Проверить справедливость неравенств Белла можно экспериментально — вероятность состояний в случае выполнения и невыполнения неравенств должна различаться.

Первым, кто развил идеи Белла и предложил эксперимент для проверки неравенств, был американец Джон Клаузер — ему удалось доказать, что неравенства Белла нарушаются, то есть скрытых переменных в квантовой механике нет. Французский физик Ален Аспе развил подход Клаузера и сделал так, чтобы изначальные условия, при которых испускалась пара запутанных фотонов, необходимых в эксперименте, не влияли на результат измерений. Он же опубликовал первую работу, в которой доказал, что неравенства действительно не выполняются. Антон Цайлингер стал использовать запутанные квантовые состояния в экспериментах: его группа впервые продемонстрировала возможность квантовой телепортации — то есть изменение квантового состояния частицы из запутанной пары при изменении состояния другой, находящейся от нее на расстоянии.

В традиционном списке аналитиков-наукометристов из Clarivate этого года, который компания каждый год публикует незадолго до объявления лауреатов, никого из нобелевских лауреатов не было. В этом году по данным о цитировании компания отобрала Иммануэля Блоха, который работает с ультрахолодными атомными и молекулярными газами и делает квантовые симуляторы для «искусственных твердых тел», Стивена Квейка — одного из классиков микрофлюдики и технологии «лаборатория-на-чипе», а также японских материаловедов Такаси Танигучи и Кенъи Ватанабэ, которые впервые получили гексагональный нитрид бора, второй после графена двумерный кристалл. Подробнее о кандидатах компании Clarivate читайте в тексте «В ожидании Нобеля — 2022». Правда, обычно предсказания компании, если и сбываются, то только спустя несколько лет.

Первый успешный прогноз год в год наукометристы Clarivate сделали в прошлом году, предсказав лауреата премии именно по физике — Джорджо Паризи. Итальянский физик-теоретик исследовал закономерности, которым подчиняются беспорядочные явления и флуктуации в сложных физических системах на различных масштабах. Два других прошлогодних лауреата — Сюкуро Манабе и Клаус Хассельман — занимались разработкой моделей климата Земли, количественным описанием климатических изменений и предсказали глобальное потепление. Подробнее о том, чем занимались ученые и почему разделили общую премию, — в нашем материале «Порядок на плечах хаоса». 

Премию в 2020 году получили ученые, которые занимались исследованием черных дыр. Первая половина премии досталась Роджеру Пенроузу, который показал, что образование черных дыр — это строгое следствие общей теории относительности. Вторую половину премии поделили Райнхард Генцель и Андреа Гэз — они открыли сверхмассивный компактный объект в центре Млечного Пути. Про работы лауреатов 2020 года вы можете прочитать в материале «И все-таки они существуют».

Александр Дубов