Tegoroczna nagroda Nobla w dziedzinie fizyki za badania nad mechaniką kwantową. Królewska Szwedzka Akademia Nauk wyróżniła Alaina Aspecta z Francji, Johna Clausera z USA i Antona Zeilingera z Austrii za podstawy prac, które prowadzą do budowy kwantowych komputerów, prowadzących do wykorzystania kwantowych metod kryptograficznych. Pokazali oni, że można badać i kontrolować cząstki w tzw. splątanych stanach kwantowych, gdy stan jednej z tych cząstek, np. fotonów, determinuje stan drugiej, nawet jeśli znajdują się tak daleko od siebie, że nie zdąży się między nimi przenieść żadna informacja. To jedno z najbardziej tajemniczych zjawisk, które fizycy potrafią badać i w coraz większym stopniu wykorzystywać. Konsekwencje tych prac będą potężne. To co widzimy to dopiero początek...
Kluczowe znaczenie dla rozwoju technologii opartych na kwantowej informacji miało ustalenie, w jaki sposób mechanika kwantowa umożliwia dwóm lub większej liczbie cząstek istnienie w tak zwanym stanie splątanym. W tym stanie to co wykaże eksperyment dotyczący jednej z cząstek, determinuje stan drugiej, nawet jeśli są od siebie bardzo oddalone.
Jak pisze w swoim uzasadnieniu Królewska Szwedzka Akademia Nauk, przez długi czas zastanawiano się, czy istnienie owej korelacji splątanej pary cząstek nie zależy od ukrytych zmiennych, które dyktują im wynik takiego eksperymentu. W latach 60-tych John Stewart Bell sformułował hipotezę w postaci nierówności, nazwanej potem jego nazwiskiem. Zgodnie z nią, jeśli istnieją takie ukryte zmienne, to poziom korelacji wyników dużej liczby eksperymentów nigdy nie przekroczy pewnej wartości. Mechanika kwantowa przewiduje jednak, że pewien typ eksperymentów naruszy nierówność Bella, co oznacza większą korelację, niż wydawała się możliwa.
John Clauser rozwinął pomysły Johna Bella i przeprowadził praktyczny eksperyment. Okazało się, że jego wyniki czytelnie naruszały nierówność Bella, potwierdzając, że mechaniki kwantowej nie da się zastąpić teorią wykorzystującą ukryte zmienne. Doświadczenie Clausera rozwinął Alain Aspect, który był w stanie zmienić ustawienia eksperymentu po tym, jak splątana para opuściła już źródło. To sprawiło, że ustawienie w chwili, kiedy była emitowana, nie było w stanie naruszyć wyników eksperymentu. Anton Zeilinger dopracował metody eksperymentalne i zaczął wykorzystywać cząstki w stanie splątania kwantowego. Jego zespół po raz pierwszy zademonstrował efekt tak zwanej kwantowej teleportacji, który pozwala przekazać stan kwantowy jednej cząstki drugiej cząstce na odległość.
Hipoteza kwantowego splątania budziła wiele kontrowersji od początku istnienia mechaniki kwantowej. Wspominali o tym między innymi Albert Einstein i Erwin Schrödinger. Prace tegorocznych laureatów pomogły to zjawisko lepiej zrozumieć i stworzyć podstawy jego wykorzystania, w postaci informatyki kwantowej. W praktyce oznacza ono, że jeśli dwie cząstki są w stanie kwantowego splątania, wystarczy zbadać stan jednej, by znać stan drugiej, dowolnie odległej. W życiu codziennym to w zasadzie nic nadzwyczajnego. Jeśli mamy dwie piłki, czarną oraz białą, i wystrzelimy je w dwóch kierunkach, osoba, która złapie białą, będzie wiedziała, że ta druga jest czarna. I odwrotnie.
W świecie mechaniki kwantowej tak to jednak nie działa - piłki nie mają konkretnego koloru, zanim nie złapiemy jednej z nich i nie "zbadamy". Na początku obie wydają się więc szare. Dopiero po złapaniu jedna okazuje się biała, druga czarna. Hipoteza ukrytych zmiennych zakładała, że piłki są w jakiś ukryty dla nas sposób oznaczone, doświadczenia przeprowadzone przez Aspecta, Clausera i Zeilingera dowiodły, że tak nie jest.
Intrygujące własności stanów splątanych cząstek dają nowe możliwości przechowywania, przekazywania i opracowania informacji. Jeśli jedna z podróżujących w przeciwnych kierunkach cząstek napotka kolejną, trzecią cząstkę, wszystkie mogą znaleźć się w stanie kwantowego splątania. Ta trzecia cząstka traci swoją tożsamość, ale jej oryginalne właściwości zostały już przekazane tej cząstce, która pozostawała samotna. Taki sposób przekazania nieznanego stanu kwantowego z jednej cząstki na drugą nazywamy kwantową teleportacją.
Pierwszy taki eksperyment przeprowadzono w 1997 roku w zespole Antona Zeilingera. Teleportacja kwantowa to przy tym jedyny możliwy sposób przekazania pełnej informacji kwantowej z jednego układu do drugiego, bez utraty żadnej jej części. Opanowanie jej sprawiło, że drzwi do kwantowej rewolucji w informacji, do kryptografii kwantowej i budowy kwantowych komputerów, stanęły otworem.
