Нобелевская премия по физике за этот год присуждена Алену Аспе, Джону Клаузеру и Антону Цайлингеру за исследования в квантовой механике – они провели эксперименты, в которых две частицы ведут себя как единое целое, даже когда разделены.
Со времён своего становления в начале XX века квантовая механика будоражит умы исследователей. Свойства квантовых систем парадоксальны: наша интуиция, основанная на классическом опыте, не работает при объяснении квантовой суперпозиции и запутанности. Когда мы думаем о монетке, то представляем её либо «орлом», либо «решеткой», тогда как квантовая механика говорит об одновременном сосуществовании этих состояний – квантовой суперпозиции. Возможность «связи» между квантовыми объектами на огромном расстоянии – квантовая запутанность – тоже загадочна.
Непредсказуемость, недетерминированность поведения квантово-механических систем не устраивала многих физиков. Традиционная школа физики базировалась на том, что если уравнения известны и их можно решить, то всё можно просчитать заранее с огромной точностью. Квантовая механика показала, что это не совсем так.
Одним из главных идеологических противников квантовой механики был Альберт Эйнштейн. Это само по себе интересно, так как им Нобелевская премия была получена как раз за квантовый фотоэффект, а не за теорию относительности как гласят расхожие заблуждения. Тем не менее Альберт Эйнштейн говорил: «Бог не играет в кости» – этим выражалось неудовлетворенность в недетрминистичности описания квантовых систем. Один из отцов квантовой физики Нильс Бор отвечал: «Эйнштейн, не учите Бога, что ему делать».
В течение последующих десятилетий явления квантовой механики многократно проверялись на практике – особую роль в этом сыграли эксперименты Лауреатов Нобелевской премии 2022 г. – Алена Аспе, Джона Клаузера и Антона Цайлингера. Именно в их экспериментах благодаря квантовым свойствам света удалось «прикоснуться» к необычным эффектам квантовых систем. Лауреаты показали все основные эффекты квантовой механики в экспериментах.
А Ален Аспе поставил точку в споре Бора и Эйнштейна: квантовая механика хоть и парадоксальна, но верна настолько, насколько это в принципе можно проверить.
Вклад Клаузера и Цайлингера также очень важен. Например, именно группой Цайлингера была показана возможность квантовой телепортации (к сожалению, из неё не следует возможность перемещения людей).
Все эти замечательные результаты позволили получить подтверждение правоты квантовой механики, а также создать «кирпичики» для будущих технологий. Высокопроизводительные квантовые вычисления, защищённые квантовые коммуникации и сверхточные квантовые сенсоры не были бы возможными, если бы не те элементы, которые разработали и продемонстрировали лауреаты в своих экспериментах. Отдельно стоит отметить, что нашумевший спутниковый эксперимент по квантовой телепортации и передаче данных делал ученик Цайлингера – Жанвей Пан. Именно поэтому сеанс связи с помощью квантовых технологий был именно между Пекином и Веной.
Нобелевская премия – традиционно главное научное достижение, но кванты не обошли в этом году вниманием и при присуждении премии по фундаментальной физике. Она присуждена Дэвиду Дойчу, Питеру Шору, Чарльзу Беннету и Жилю Брассару. Беннет и Брассар придумали первый протокол для квантовой криптографии, а Дойч и Шор внесли решающий вклад в формирование концепции квантовых компьютеров. Именно Шор показал, что одним из их применений будет взлом традиционной криптографии, что, с одной стороны, указало на необходимость квантовой криптографии (которую уже взломать нельзя), а, с другой стороны, привело к тому, что квантовые технологии относятся к классу стратегических направлений.
Нобелевская премия 2022 г. – тот замечательный случай, когда научные эксперименты не только показали новую сторону мира, в котором мы живём, но и заложили основу современных технологий. Ален Аспе всегда призывал «копать глубоко» и не закрывать глаза на вопросы физики, которые стоят на грани между естественными науками и философией. Теперь ясно, что этот подход приводит к Нобелевским премиям и новым технологиям.