Der Nobelpreis für Physik 2022 wird gemeinsam an Alan Aspect, John F. Clouser und Anton Zellinger verliehen

Der Nobelpreis für Physik 2022 wird gemeinsam an Alan Aspect, John F. Clouser und Anton Zellinger verliehen

von Alex Wilkin

Der Nobelpreis für Physik 2022 wurde gemeinsam an Alan Aspect, John F. Clouser und Anton Zeilinger für Experimente mit verschränkten Photonen und für ihre Pionierarbeit in der Wissenschaft der Quanteninformation verliehen.

„Ich bin immer noch irgendwie geschockt, aber es ist ein sehr positiver Schock“, sagte Zellinger während einer Pressekonferenz.

Die drei Gewinner wurden für ihre wegweisenden Beiträge zur Arbeit an der Quantenmechanik ausgezeichnet, die Experimente mit verschränkten oder verbundenen Lichtteilchen, den so genannten Photonen, beinhalteten. Diese Ergebnisse zeigten, dass Informationen sofort über unendliche Entfernungen übertragen werden können, was als Quantenteleportation bekannt ist.

Jedes der Experimente der Gewinner implementierte einen realen Test einer mathematischen Theorie, die erstmals 1964 vom Physiker John Bell vorgeschlagen wurde und Bells Theorie genannt wurde. Damit wird versucht zu messen, ob die Quantenmechanik wie das Billardkugel-Modell der Newtonschen Mechanik ist, wo auf lokaler Ebene etwas anderes folgen muss, oder ob Teilchen, die durch einen beliebigen Abstand voneinander getrennt sind, sich gegenseitig beeinflussen können.

Bells Vorschlag bestand darin, die Eigenschaften zweier verschränkter Teilchen in einem System zu messen, das von allem anderen isoliert ist, was die Ergebnisse beeinflussen könnte – wie z. B. ein Beobachter, der versehentlich einen verschränkten Partner durch Messung beeinflusst –, um zu sehen, ob sie einen bestimmten Wert überschreiten, wodurch eine mathematische Ungleichung entsteht und bewiesen wird dass die Effekte Localism allein die Quantenmechanik nicht erklären können.

1972 haben John F. Clouser und sein Kollege Stuart J. Friedmann war der erste, der die Bellsche Ungleichung testete, indem er die verschränkten Photonen maß, die bei der Kollision von Calciumatomen entstanden.

Die Daten von Clauser und Friedmann scheinen die Bellsche Ungleichung zu verletzen, das erste reale Beispiel dafür, mit einem hohen Maß an statistischer Genauigkeit, was darauf hindeutet, dass die Quantenmechanik tatsächlich nicht-lokale Effekte haben kann. Es gab jedoch einige Lücken in diesem Experiment, die viele Unterschiede zu Bells ursprünglicher Idee aufwiesen.

1980 gelang es Alain Aspect von der Universität Paris-Saclay in Frankreich und seinen Kollegen, die Bellsche Ungleichung erneut mit viel größerer Genauigkeit und zweifelsfrei zu messen, indem sie die Polarisation (oder Orientierung) von Photonenpaaren maßen. .

Das Team verwendete einen Zufallsumschalter, um zu entscheiden, welches Photon gemessen werden sollte, bevor es die Detektoren erreichte. Dies schloss die Chance aus, dass der Beobachter eine Wirkung hat, wie einige Kritiker beim Clauser-Experiment dachten, und viele Physiker waren der Meinung, dass die Messungen von Aspect die Idee begründeten, dass die Quantenmechanik lokal funktioniert.

1989 erweiterten Anton Zellinger von der Universität Wien, Österreich, und Kollegen die Bell-Ungleichung über zwei verschränkte Teilchen hinaus auf einen Zustand von drei oder mehr verschränkten Teilchen, der als GHZ-Zustand bezeichnet wird. Dies untermauert viele Quantentechnologien, einschließlich Quantencomputer, die GHZ-Zustände verwenden können, um Quantenbits oder Qubits herzustellen.

„Wir wollten zurückgehen und die Menschen ehren, die den Grundstein für das gelegt haben, was daraus werden sollte [quantum information science]Thors Hans Hansson, Mitglied des Nobelkomitees für Physik, sagte während der Pressekonferenz.

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