A kvantum-összefonódással kísérletező tudósok kapták a 2022-es fizikai Nobel-díjat

A politikusokat tényekkel kell szembesíteni. A tudomány tényeket gyárt. Segíts minél többet publikálni belőlük!

Két kvantumfizikus, a francia Alain Aspect és az osztrák Anton Zeilinger, valamint az amerikai elméleti fizikus, John Clauser veheti át idén a fizikai Nobel-díjat. A három kutató a Nobel Bizottság indoklása szerint „úttörő kísérleteket végzett összefonódott kvantumállapotokkal, amelyekben két részecske akkor is egyetlen egységként viselkedik, ha el vannak választva egymástól”. Mint írták, eredményeik megnyitották az utat a kvantuminformáción alapuló új technológiák előtt.

A trió korábban szintén közösen nyerte el a 2010-es fizikai Wolf-díjat.

A kvantum-összefonódás rövid története, a kvantumteleportálásig

A kvantummechanika sokáig csak egyfajta elvont elméleti síkon létezett, de a terület legnevesebb kutatóinak hála ma már kezd körvonalazódni, hogy milyen alkalmazásai lehetnek – legyen szó kvantumszámítógépekről, kvantumhálózatokról vagy a kvantumtitkosítás által létrejövő biztonságos kommunikációról. A kvantummechanika lehetővé teszi, hogy kettő vagy több részecske összefonódott állapotban létezzen, vagyis ami az összefonódott pár egyik részecskéjével történik, az meghatározza, hogy mi történik a másikkal, még akkor is, ha azok egymástól távol vannak.

A kutatók sokáig nem tudták, hogy ezt az összefüggést a részecskék rejtett változói okozzák-e, vagyis olyan utasítások, amelyek megmondják nekik, hogy egy kísérletben milyen eredményt kell adniuk. John Stewart Bell az 1960-as években dolgozta ki a Bell-egyenlőtlenség néven ismert elméletet, amely szerint ha léteznek rejtett változók, akkor a nagyszámú mérések eredményei közötti korreláció soha nem halad meg egy bizonyos értéket. Ezzel szemben a kvantummechanika azt jósolja, hogy egy bizonyos típusú kísérlet megszegi a Bell-egyenlőtlenséget, így erősebb korrelációt eredményez, mint ami egyébként lehetséges lenne.

Bell elméletét a számos kaliforniai egyetemen kutató John Clauser fejlesztette tovább, aki elméleti hozzájárulásai mellett egy kulcsfontosságú készülék megalkotásával is segítette a kvantummechanikát. Az eszköz egyszerre két összefonódott fotont bocsátott ki, amelyek egy-egy, azok polarizációját vizsgáló szűrő felé tartottak. Mérései egyértelműen szemben álltak a Bell-egyenlőtlenséggel, ami ahhoz a felismeréshez vezetett, hogy a kvantummechanika nem helyettesíthető rejtett változókat használó elméletekkel.

A Clauser-féle kísérletek azonban még tartalmaztak olyan kiskapukat, amelyeket később Alain Aspect, a párizsi École polytechnique professzora zárt be. Aspect egy olyan berendezést épített, amelynek segítségével azután is állítani lehet a mérési beállításokon, hogy az összefonódott pár elhagyta a forrását, így a kibocsátás idején fennálló beállítás nem befolyásolhatta a kísérlet eredményét.

Anton Zeilinger a Bécsi Egyetemen található műhelyében, 2015 májusábanFotó: HANS KLAUS TECHT/AFP

Az összefonódott kvantumállapotokat Anton Zeilinger, a Bécsi Egyetem professzora kezdte mélyebben vizsgálni, kifinomult eszközökkel, hosszú kísérletsorozatokban. Kutatócsoportjával együtt sikerült bemutatnia a kvantumteleportálás néven ismert jelenséget, amely lehetővé teszi, hogy egy kvantumállapotot áthelyezzenek az egyik részecskéről egy távoli másikra. 

Javában tart a Nobel-hét

A fizikai Nobel-díjat 1901 óta eddig 115 alkalommal osztották ki, összesen 219 embernek, és mindössze négy nő volt közöttük: az 1903-ban díjazott Marie Curie, az 1963-as győztes Maria Goeppert-Mayer, valamint az elmúlt évek két díjazottja, Donna Strickland (2018) és Andrea Ghez (2020).

A 2022-es Nobel-díjak kihirdetése hétfőn kezdődött az orvosi-élettani díjjal, szerdán a kémiai kategóriával folytatódik, majd csütörtökön az irodalmi, pénteken pedig a békedíj nyerteseinek megnevezésével ér véget a sor. A hivatalos Nobel-díjakat kiegészítő közgazdasági Nobel-emlékdíj győztesét október 10-én, hétfőn hirdetik ki.

Az elismerés 10 millió svéd koronás (körülbelül 388 millió forintos) pénzjutalommal jár, a díjakat hagyományosan Alfred Nobel halálának évfordulóján, december 10-én adják át.

A Qubit szerkesztősége azért dolgozik, hogy a magyar nyilvánosság hiteles, alapos és közérthető tudományos ismeretekhez jusson. Tesszük ezt politikamentesen, közszolgálati hevülettel, száznál több kutató és tudós bevonásával. Égető kérdések, dermesztő válságok és zavaros álhírek sűrűjében igyekszünk tartani a fáklyát immár havi bő hétszázezer olvasónknak. Cikkeink ingyen olvashatók, de nem ingyen készülnek. Segítsd a munkánkat!

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: