Tegorocznymi laureatami Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki zostali Alain Aspect, John F. Clauser i Anton Zeilinger za "eksperymenty ze splątanymi fotonami, ustalenie naruszenia nierówności Bella i pionierskie doniesienia o informacji kwantowej".
Komisja noblowska doceniła fundamentalny wkład Laureatów w zrozumienie fundamentalnych aspektów teorii kwantowej. Teoria kwantowa przewiduje istnienie szczególnego typu korelacji, których nie można wytworzyć w świecie obiektów klasycznych. Takie czysto kwantowe korelacje objawiają się w kwantowych stanach splątanych. Stany splątane obok kwantowej superpozycji to samo serce fizyki kwantowej. Na ich istnienie zwrócił uwagę Schrödinger w 1935 wprowadzając niemiecki termin „Quantenverschränkung” (ang. quantum entanglement). W tym samym roku Einstein, Podolsky i Rosen wykazali przedziwne własności takich stanów, które niejako przeczą zdrowemu rozsądkowi. Einstein mówił o „koszmarnym działaniu na odległość” (spooky action at a distance) i uważał, że teoria kwantowa jest niekompletna. Większość fizyków nie przejmowała się tymi problemami i z ogromnym powodzeniem stosowała prawa kwantowe do opisu rzeczywistości. Teoria kwantowa odniosła spektakularny sukces tłumacząc m. in. strukturę atomów i molekuł. Co więcej, zgodność przewidywań teoretycznych z eksperymentem byłą oszałamiająca. Do problemów kwantowych korelacji powrócił na poważnie John Steward Bell w latach 60. XX w. Bell wyprowadził pewną nierówność, która zawsze jest spełniona w przypadku klasycznych korelacji. Na jego cześć tego typu nierówności nazywane są nierównościami Bella. Wkrótce potem John Clauser, Michael Horne, Abner Shimony, oraz Richard Holt, wyprowadzili inny wariant takiej nierówności (nazywanej nierównością CHSH), której dodatkowym walorem jest łatwość implementacji eksperymentalnej.
John Clauser był pierwszym fizykiem, który eksperymentalnie testował nierówności Bella i wykazał ich łamanie, tzn. istnienie kwantowych stanów splątanych. Alain Aspect w latach 80 ubiegłego wieku przeprowadził całą serię wyrafinowanych eksperymentów potwierdzających łamanie nierówności Bella. Zaletą eksperymentów Aspecta było usunięcie wielu słabych stron wcześniejszych prób. Z kolei Anton Zeilinger już w obecnym wieku zasłynął szeregiem eksperymentów wykonanych na splątanych fotonach.
Należy podkreślić, że badania Laureatów w istotny sposób przyczyniły się do rozwoju kwantowej teorii informacji. Stany splątane, to obecnie nie tylko ciekawostka naukowa, ale podstawa wielu nowoczesnych technologii. Zeilinger był jednym z pierwszych fizyków, który przeprowadził udane eksperymenty z kwantową teleportacją. Stany splątane są obecnie wykorzystywane w kwantowej kryptografii i uważane są za jeden z kluczowych aspektów kwantowego komputera.
W Instytucie Fizyki UMK prowadzone są badania ściśle związane z badaniami tegorocznych Laureatów. Zarówno eksperymenty ze splątanymi fotonami (Katedra Fizyki Atomowej, Molekularnej i Optycznej) jak i badania teoretyczne nad własnościami kwantowych stanów splątanych (Katedra Mechaniki Kwantowej i Katedra Fizyki Matematycznej).
Warto dodać, że profesor Alan Aspect wygłosił w ubiegłym roku specjalny wykład w Krajowym Centrum Informatyki Kwantowej (Uniwersytet Gdański) w czasie sesji poświęconej pamięci profesora Romana Ingardena. Wykład „From Einstein photon to quantum information: wave-particle duality in action” dotyczył wielu aspektów badań Alana Aspecta uhonorowanych tegorocznym Noblem.
Zainteresowani mogą obejrzeć wykład profesora Zeilingera wygłoszony na konferencji "Quantum and Beyond" (Vaxjo, 2018) – https://play.lnu.se/playlist/dedicated/457308/0_lj4qx88w/0_hgz7034c. Wykład dotyczy eksperymentalnych aspektów testowania nierówności Bella.
Więcej informacji można znaleźć na stronie Komitetu Noblowskiego.
Prof. dr hab. Dariusz Chruściński