Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki przyznano w tym roku za "eksperymenty ze splątanymi fotonami, ustalenie naruszenia nierówności Bella i pionierską informatykę kwantową".

Laureaci - Alain Aspect (Francja), John F. Clauser (USA) i Anton Zeilinger (Austria) - przeprowadzili przełomowe eksperymenty z wykorzystaniem splątanych stanów kwantowych, w których dwie cząstki zachowują się jak pojedyncza jednostka, nawet gdy są rozdzielone. Wyniki utorowały drogę dla nowej technologii opartej na informacjach kwantowych.

„To jest bardzo rzadki przypadek, że można przyznać nagrodę za coś tak fundamentalnego dla zrozumienia naszej fizyki i świata wokół nas. To nie jest tylko nagroda z fizyki, to jest nagroda z filozofii. [Odkrycie noblistów – przyp. PAP] obala tę intuicję klasyczną, której hołdowała dziewiętnastowieczna fizyka i z którą wielu fizyków ciągle żyje, nawet podświadomie” - powiedział PAP dr hab. Rafał Demkowicz-Dobrzański, fizyk kwantowy z Uniwersytetu Warszawskiego.

„Eksperymenty, za które została przyznana Nagroda Nobla pokazują, że nie da się wytłumaczyć twardych danych, które mierzymy w laboratoriach, myśląc o świecie w sposób klasyczny, gdzie układy fizyczne mają już wszystkie własności fizyczne dobrze określone, a jeśli coś jest nieokreślone to tylko dlatego, że my o tym nie wiemy. Tak wyglądała fizyka klasyczna, że tylko nasza niewiedza powodowała, że coś było nieokreślone. W mechanice kwantowej jest zupełnie inaczej. Nawet, gdy mamy pełną wiedzę o układzie i już lepiej się nie da go poznać, to ciągle jego stan może mieć rozmyty charakter” - tłumaczył.

Naukowiec zobrazował stan układu poprzez przykład picia herbaty. Zaproponował wyobrażenie sobie sytuacji, w której dwójkę gości częstujemy zawsze tą samą herbatą: albo zieloną albo czarną. W momencie, kiedy jeden z gości otwiera torebkę i widzi kolor własnej herbaty, wówczas wie dokładnie, co pije druga osoba. To obraz korelacji klasycznej, bo kolor owej herbaty (czyli bycie zieloną czy czarną) już był określony, a samo otwarciem torebki jest jedynie zdobyciem wiedzy.

„Mechanika kwantowa powiedziała nam: +Nie, tak nie możecie myśleć, przynajmniej nie zawsze+. Oczywiście w życiu codziennym takie myślenie jest OK. W skali makro my tych efektów kwantowych nie widzimy, one są wygaszone” - zaznaczył fizyk kwantowy.

Jak wyjaśnił, wszystkie nagrodzone Noblem eksperymenty wykonano na parach fotonów. Takie fotony wytworzone przez fizyków odpowiadają przenośnym dwóm kolorom pitej herbaty. Są wysyłane do dwóch laboratoriów, gdzie wykonywany jest pomiar – co ważne, dokładnie w tym samym momencie.

„Fotony potrafimy rozesłać na dużą odległość z bardzo niedużym zaburzeniem ich stanu, czyli tego, jak one +wyglądają+. Najczęściej mierzy się polaryzację fotonu, która odpowiada temu, w jakim kierunku drga pole elektryczne fali elektromagnetycznej stowarzyszonej z tym fotonem. Polaryzacja fotonu to u nas kolor herbaty. To bardzo ważny warunek, żeby wykonać te pomiary w tym samym momencie, aby nie było zarzutu że informacja o wyniku pomiaru mogła dotrzeć do drugiego laboratorium, zanim tam wykonano pomiar. Wtedy dałoby się te wszystkie wyniki tłumaczyć znowu klasyczną fizyką” - opisał.

Tegoroczny Nobel to również uhonorowanie odkryć w dziedzinie kwantowej informacji czy technologii kwantowych. Te same eksperymenty, po odpowiednich modyfikacjach, są wykorzystywane w dojrzałych, komercyjnych technologiach, m.in. do bezpiecznego rozsyłania klucza kryptograficznego poprzez światłowody. Bezpieczeństwo takiej komunikacji jest gwarantowane prawami fizyki kwantowej.

Demkowicz-Dobrzański podkreślił, że polscy fizycy są pionierami w dziedzinie kwantowej informacji od lat 70. Szczególnie rozwinięta jest w Polsce teoretyczna strona tych badań, w światowej czołówce jest m.in. Uniwersytet Gdański. Mamy też osiągnięcia w wytwarzaniu splątanych stanów światła. Zaznaczył, że na Uniwersytecie Warszawskim w laboratoriach jest to już rutynowe.

Naukowiec skomentował też cytat z listu Alberta Einsteina przytoczony przez Komitet Noblowski: "Ja w każdym razie jestem głęboko przeświadczony, że On nie gra w kości", który mówi o działaniach Boga i losowości. Według polskiego fizyka cytat ten pokazuje, że Einstein chciał uznać mechanikę kwantową za przybliżoną teorię, która opisuje zjawiska tylko dlatego, że po prostu nie ma jeszcze głębszej teorii, która by wytłumaczyła świat klasycznie. Fizycy nazywają „teorią parametrów ukrytych” takie teorie, które miałyby usunąć losowość.

„Teorie parametrów ukrytych powstawały jako alternatywa dla mechaniki kwantowej i w pewnym momencie nawet trudno było z nimi polemizować, bo dawały te same przewidywania, co mechanika kwantową. Dopiero łamanie nierówności Bella pokazało, że te teorie mają poważny problem z tłumaczeniem eksperymentów. I dlatego + kości się toczą+” - podsumował Demkowicz-Dobrzański. 

PAP - Nauka w Polsce, Karolina Duszczyk

kol/ agt/