A kvantumos összefonódás kísérleti kimutatásáért ítélték oda három kutatónak a fizikai Nobel-díjat

A francia Alain Aspect, az amerikai John F. Clauser és az osztrák Anton Zeilinger kapták egyenlő arányban megosztva a fizikai Nobel-díjat – jelentette be a Nobel-bizottság kedden Stockholmban. A három kutató úttörő kísérletei (Clauser az 1970-es, Aspect az 1980-as, majd Zeilinger az 1990-es években) egyre pontosabban mutatták meg, hogy a kvantummechanika által jósolt „kísérteties távolhatás” a részecskék között valóban létezik. A kísérletek és a kutatók későbbi munkája lefektették a kvantuminformatika technológiai alapjait.

2022. október 17. Asbóth János

Csak az „itt és most” számít, vagy van távolhatás a természetben? Ez az elvont filozófiai kérdés a fizikában alapvető fontosságú. Einstein már 1935-ben megmutatta, hogy ebben a kvantummechanika és a relativitáselmélet között ellentmondás feszül, de furcsamód a kvantumos öszefonódás kísérteties távolhatás”, ami a mérési statisztikát nem befolyásolja. Harminc évvel később jött az újabb áttörés, amikor J. S. Bell javasolt egy kísérleti elrendezést, amelyben két távoli mérőállomáson felvett adatok statisztikai elemzésével közvetlenül tetten lehet érni a távolhatást. Bell elméletének első igazolásait (egyenlőtlensége sértését) még megélte, de 1990-ben elhunyt. Ha nem így történt volna, ő is minden bizonnyal 2022 Nobel-díjasai között lenne.

Alain Aspect, John F. Clauser és Anton Zeilinger Ill. Niklas Elmehed © Nobel Prize Outreach

Az idei Nobel-díjasok a kvantumos összefonódás kísérleti igazolásának fő alakjai. Egymásra épülő, egyre kifinomultabb kísérleteikkel egymás után zárták ki a lokális realizmusban hívők ellenérveit, az ún. kibúvókat (loophole). Clauseré volt az első lépés: doktorija végén, 1969-ben Bell egyenlőtlenségeit realisztikusabb, zajjal terhelt kísérleti körülményekre írta át, majd 1972-ben Berkeley-ben, posztdoktori állása alatt sikeresen mérte ki, hogy azok sérülnek. Aspect 1982-ben zárta ki a lokalitáskibúvót”: a Párizs melletti École Supérieure d'Optique d’Orsay-n végzett kísérletében az elektronika olyan gyorsan kapcsolgatott, hogy kizárta annak lehetőségét, hogy a mért erős korrelációkat valamilyen ismeretlen, de a fénysebességnél lassabban terjedő, fizikai hatás okozná. Zeilinger 1998-ban zárta be a szabadakarat-kibúvót” az Innsbrucki Egyetemen egy évvel azután, hogy ugyanitt sikeresen továbbított kvantumos információt ún. kvantumteleportációval. Itt a campus két távoli pontjára optikai szálon terjedtek a fotonok, és helyben fizikai véletlenszám-generátorok segítségével hozták meg a kísérletben fontos döntéseket a kísérletezők. A detektálási kibúvó” és egyéb összeesküvés-elméletek” kizárása egyébként a mai napig tart, így pl. 2018-ban Zeilingerék távoli kvazárok fényét használták véletlenszám-generátor gyanánt, ezzel a szabadakarat-kibúvó” kifinomultabb verzióit is kizárva.

A kvantumos összefonódás az első kísérletek óta számos kvantumtechnológiai alkalmazás alapja, ez adja (majd) a kvantumszámítógépek előnyét a hagyományos számítógépekkel szemben. Az idei Nobel-díjasok munkája így új távlatokat nyit az információn alapuló társadalmunkban is.

Asbóth János egyetemi docens
BME Elméleti Fizikai Tanszék
Wigner FK, Kvantumoptika és Kvantuminformatika Osztály

További részletek a nobelprize.org oldalon olvashatók.