За что присудили Нобелевскую премию по физике и для чего пригодятся эти открытия
Это было нужно
Лично для меня присуждение премии именно за эти открытия было ожидаемо. Год назад в прямом эфире канала «Наука» я высказался, что пришло время Нобелевской премии за фундаментальные эксперименты, «проверяющие» квантовую механику.
Если говорить в общих чертах, то в 2022-м Нобелевская премия присуждена за экспериментальное исследование квантовой запутанности. Это понятие восходит к Эйнштейну и Шрёдингеру.
Квантовая запутанность — это способность частиц, даже находящихся далеко друг от друга, демонстрировать сходные («коррелированные») свойства. Ключевой вопрос: «договариваются» ли запутанные частицы друг с другом в момент своего создания по поводу того, какие свойства им проявлять в различных возможных ситуациях? Ответ, поддерживаемый выполненными экспериментами, — нет. Но тогда от нас требуется немалая аккуратность, когда мы говорим, что частица «обладает такими-то свойствами».
Просто считай
Многие думают, что квантовая механика — это что-то максимально далекое от повседневной жизни. Действительно, ее законы контринтуитивны и нередко выглядят странными, если не сказать «волшебными». Но при этом квантовая механика лежит в основе таких привычных и широко используемых явлений и вещей как магнетизм, лазеры, электроника — да, собственно, устройство атомов определяется квантовой механикой.
Квантовая механика лежит в самой основе мира, в котором мы живем. Очевидно наше желание понять «механизмы», по которым она работает. Но здесь нет удовлетворительного понимания. Вместо этого у нас есть математический аппарат и правила его применения, пользуясь которыми мы неплохо описываем мир. Однако здесь до некоторой степени действует правило «заткнись и вычисляй»: нас устраивает результат, а про «смысл» происходящего не надо даже спрашивать.
Квантовая механика способна изменить мир
Изучение законов природы на фундаментальном, квантовом уровне дает человечеству возможность создавать кардинально новые технологии: квантовый компьютер, квантовую телепортацию, квантовую криптографию.
Например, суть квантовой криптографии — в том, что передача информации защищается не с помощью технологий, как это делается сейчас, а с помощью законов природы. Квантовая механика на фундаментальном уровне запрещает незаметное подслушивание: квантовое состояние невозможно скопировать, не уничтожив оригинал. Так что квантовая механика поможет нам в буквальном смысле менять этот мир.
Квантовая запутанность двух частиц (чаще всего эксперименты проводятся на фотонах, реже на электронах) не очень стабильна, поскольку они стремятся «запутаться» с другими частями мира. Ученые прилагают усилия для того, чтобы оберегать эту запутанность и использовать ее эффекты в современных технологиях.
Развитие квантовой механики вскоре после ее создания (без малого сто лет назад) сопровождалось дебатами о ее «механизмах». Общее мнение состояло в том, что Эйнштейн и отчасти Шрёдингер, указывавшие на отсутствие ясности в понимании, в этих дебатах уступили. Но современные потребности технологий вернули эти вопросы в число обсуждаемых, а уже достигнутые технологии позволили реально ставить эксперименты, которые во времена дебатов могли быть только мысленными. У современных исследователей появилась ценнейшая возможность экспериментально «заглядывать внутрь» квантовой механики и тонко использовать открываемые ею возможности. Это и отмечено Нобелевской премией в этом году.
Объявлены обладатели Нобелевской премии этого года по физике
Прорыв на пути к квантовому компьютеру: работающий кремниевый чип с шестью кубитами
Квантовую телепортацию используют для передачи и защиты данных
