多くの物理学者が何十年も期待していた引用で、今年のノーベル物理学賞は、エンタングルメントと呼ばれる奇妙な量子力学的現象を調査し、急成長している量子通信と量子コンピューティングの分野への道を開いた 3 人の研究者を称えます。
そのうちの 2 人、J.F. クラウザー &アソシエーツのジョン クラウザーと、パリ サクレー大学およびパリ工科大学のアラン アスペクトは、量子もつれを証明しました。直感的な古典物理学。 3 番目のウィーン大学のアントン・ツァイリンガーは、たとえば、ある素粒子から別の素粒子へ情報を「テレポート」するためにエンタングルメントを使用する方法を示しました。 3 人は 1,000 万スウェーデン クローナ ($915,000) の賞金を均等に分け合います。
ケンブリッジ大学の量子物理学者である Adrian Kent は、次のように述べています。 「この分野におけるこれらの巨人の認識は遅れています。」デルフト工科大学の量子物理学者であるロナルド・ハンソンは、「これは素晴らしい賞です」と述べています。受賞者の研究は、「基本的に、量子情報科学と技術のこの分野全体を切り開いた」と彼は言う。
絡み合いの話は 1935 年にさかのぼり、アインシュタインは量子力学の偶発的な性質に不満を持っていました。量子論では、電子などの物体の特性は、その測定方法に依存すると述べています。電子の位置を正確に測定すると、その運動量が不確実で予測不能になり、逆もまた同様です。したがって、明確な位置または勢いを持つことができますが、両方を持つことはできません。アインシュタインは、粒子の位置と運動量は、測定とは無関係に存在する「現実の要素」であるべきだと主張しました。彼は、量子不確実性のベールの背後にある「隠れた変数」がそれらの値を事前に決定することを示唆しました.
1964 年、英国の理論家ジョン ベルは、その考えのテストを提案しました。ベルは、個々の粒子の状態が不確かであっても、それらの 2 つの状態が完全に相関するように、2 つの量子粒子をもつれさせることができると指摘しました。たとえば、光子は、水平方向、垂直方向、または量子力学によれば、一度に両方の方向に偏光する可能性があり、その偏光は不確実なままになります。ただし、2 つの光子をもつれさせることができるため、それぞれの偏光が不確実であっても、同じ方法で偏光されることが保証されます。
大雑把に言えば、ベルは 2 人の観測者、アリスとボブが絡み合った光子のペアを共有し、それらの測定値を比較することを想像しました。それぞれにランダムに方向を変えることができる偏光アナライザーがあり、2 つのアナライザーが整列していない場合、アリスとボブの測定値間の相関は 100% 未満に低下します。それでも、ベルは、隠れた変数が測定結果を決定する場合、残りの相関関係はそれほど強力ではないことを示しました.しかし、量子力学は、それらがより強力になると予測しています。実験者がこれらの相関関係を観察できれば、驚くべきことに、隠れ変数の存在を反証できる可能性があります。
1969 年、当時コロンビア大学にいたクラウザーは、カルシウム原子の実際の実験に適用できるように、ベルの一般的なアイデアを改良するチームを率いました。 1972 年に、彼と別の同僚が実験を行い、量子論によって予測された非常に強い相関関係を観察し、ベルの定理の最初のテストを提供しました。
ただし、このような実験は注意が必要です。1 つのアナライザーの出力が他のアナライザーの出力に影響を与え、誤った相関関係を生成する可能性があるすべての影響を除外する必要があるためです。 1980 年代に、アスペクトと彼のチームは、光子が放出された後のナノ秒でのみアナライザーの方向を効果的に選択するなどの変更を含む、非常に洗練されたバージョンの実験を実行しました。しかし、ハンソンと彼のチームがいわゆる抜け穴のない実験を行ったのは 2015 年のことでした。
クラウザーとアスペクトがエンタングルメントを使って、量子力学が宣伝されているほど奇妙なものであることを証明したとしたら、ザイリンガーはエンタングルメントをツールとして使用するパイオニアでした。たとえば、1998 年に彼のチームは、もつれた光子の 2 つのペアを取り、最初のペアからの 1 つの光子が 2 番目のペアからの 1 つの光子ともつれ合うようにもつれを交換する方法を示しました。ハッキング不可能な量子インターネットで。 Zeilinger のグループはまた、補助的な絡み合った光子のペアを使用して、ある光子の正確な量子状態を別の光子に即座に転送または「テレポート」できることも示しました。
このような研究は、量子情報科学と量子コンピューティングの成長の種をまき、もつれやその他の効果を利用して古典的なエレクトロニクスでは得られない技術的偉業を達成しようとする急成長中の分野です。このような可能性は、数十年前にはほとんど明らかではなかったと、中国科学技術大学の量子物理学者で、1990 年代に Zeilinger の大学院生だった Jian-Wei Pan は指摘する。 「何年も前、人々は量子情報が本当の科学だとは考えていませんでした」と彼は言います。 「情報科学者はそれを好まなかったし、純粋な基礎研究者もそれを好まなかった.」現在、おそらく物理学で最もホットな分野です。
今年の賞は、量子情報科学の可能性を称賛するものであると同時に、これまで授与されなかった賞を強調するものでもあります。 「ジョン・ベルはノーベル賞で認められるべきだった」とパンは言う。 「残念ながら、彼が亡くなったとき、量子情報科学はまだ出現していませんでした。」ベルは 1990 年に 62 歳で亡くなりました。
