Nobelprijs voor de Natuurkunde: 2022 Prijs toegekend aan een trio voor hun werk aan Einsteins ‘spookachtige werk’ | wetenschap | Nieuws

De Koninklijke Zweedse Academie van Wetenschappen heeft Alan Aspect, John F. Clauser en Anton Zeilinger de Nobelprijs voor de Natuurkunde 2022 toegekend voor hun werk in de kwantummechanica. Deze eer werd gegeven als erkenning voor hun “experimenten met verstrengelde fotonen, die de schending van Bell’s ongelijkheid aantoonden en baanbrekend werk verrichtten op het gebied van kwantuminformatiewetenschap.” Het trio ontving een prijzengeld van 10 miljoen Zweedse kronen (£ 804.000), dat onder hen zal worden verdeeld. Ze ontvingen eerder in 2010 de non-profit Israëlische Wolf Foundation Prize in Physics, ook voor hun werk in elkaar grijpende staten.

Wat is kwantumverstrengeling?

Verstrengeling is een vreemd fenomeen dat wordt voorspeld door de kwantummechanica, de wetenschap van hoe materie en licht zich gedragen op atomaire en subatomaire schaal.

In feite is verstrengeling een van de belangrijkste verschillen tussen de kwantummechanica en de klassieke mechanica, die de beweging van objecten op grotere schaal beter beschrijven.

Volgens de kwantummechanica is het mogelijk dat een deeltje tegelijkertijd in twee elkaar uitsluitende toestanden bestaat – met bijvoorbeeld horizontale en verticale polarisatie – tenminste totdat dit wordt gemeten of “geobserveerd”.

Op dit punt stort de “superpositie” van de verschillende toestanden in en blijkt het deeltje zich in een of andere toestand te bevinden. Vóór de meting kunnen alle mogelijke uitkomsten worden beschreven als een kansverdeling die bekend staat als de ‘kwantumtoestand’.

Wanneer twee deeltjes verstrengeld zijn, handelen ze niet afzonderlijk, maar alsof ze deel uitmaken van een groter geheel, zelfs wanneer ze door zulke grote afstanden van elkaar gescheiden zijn dat het onmogelijk is om de kwantumtoestand van het ene deeltje onafhankelijk van het andere te beschrijven.

Dit betekent dat metingen van de fysieke eigenschappen van verstrengelde deeltjes – zoals hun polarisatie of spin – kunnen worden gekoppeld.

In een eenvoudig voorbeeld, als men een paar verstrengelde deeltjes heeft met een totale rotatie gelijk aan nul, als blijkt dat een van de deeltjes met de klok mee roteert op een bepaalde as, dan zal de rotatie van het andere deeltje op dezelfde as zijn tegen de klok in.

Het echt verwarrende deel ligt in het feit dat de ingeklapte toestand van het eerste deeltje alleen wordt aangepast wanneer een meting wordt uitgevoerd – maar het zal nog steeds onmiddellijk worden gerelateerd aan de metingen van het andere deeltje in de verstrengeling.

Lees verder: Kwantumsignalen kunnen ET’s in staat stellen om over de Melkweg te communiceren

Ondanks dat hij gedeeltelijk verantwoordelijk was voor de theorie van kwantumverstrengeling, was professor Albert Einstein niet enthousiast over het idee – hij verwierp het als “angstaanjagend werk op afstand” – omdat het de overdracht van informatie leek te vergemakkelijken die sneller is dan de snelheid van het licht.

In plaats daarvan suggereerde professor Einstein dat beide deeltjes zogenaamde “verborgen variabelen” zouden moeten hebben die hun correlatie verklaren zonder de snelheidslimieten van het universum te hoeven overschrijden.

In de jaren zestig betoogde de Noord-Ierse natuurkundige Dr. John Stuart Bell dat de kwantummechanica sterkere statistische relaties tussen bepaalde metingen van verstrengelde en verre deeltjes mogelijk zou maken dan mogelijk zou zijn onder ‘lokale’ theorieën, zoals het gebruik van verborgen variabelen.

Als kwantummechanica een levensvatbare verklaring is voor hoe het universum werkt, moeten de resultaten van bepaalde experimenten de wiskundige beperking schenden die zo nauwkeurig mogelijk wordt voorspeld met behulp van verborgen variabelen – de zogenaamde “ongelijkheid van Bell”.

mis niet:
Kanselier zegt dat de nucleaire dreiging van Poetin tegen Oekraïne misschien geen hoax is [INSIGHT]
Poetin ‘hangt met zijn vingernagels’ terwijl nucleaire expert waarschuwt voor aanval [ANALYSIS]
Octopus Energy biedt miljoenen mensen een reddingslijn met een warmtepompplan van £ 10 miljoen [REPORT]

Wat deden Professor Aspect, Dr. Clauser en Professor Zeilinger?

Dr. Clauser, gevestigd in Californië, ontwikkelde de ideeën van Dr. Bell in een praktisch experiment dat de levensvatbaarheid van de kwantummechanica testte tegen verborgen variabelen.

De test omvatte calciumionen, die verstrengelde beelden produceerden wanneer ze werden belicht met een speciaal licht. De polarisatie van fotonen die in verschillende richtingen werden uitgezonden, werd gemeten met behulp van een filter.

Zijn metingen toonden een duidelijke schending van de ongelijkheid van Bell aan, ondersteunden de kwantumtheorie en toonden aan dat deze niet kan worden vervangen door die met verborgen variabelen.

Er zijn echter nog enkele lacunes in de experimentele benadering die door Dr. Clauser wordt gebruikt.

Deze methode werd verfijnd door professor Aspect van de Universiteit van Paris-Sclay en de Franse École Polytechnique, zodat de verstrengelde fotonen met een hogere snelheid werden uitgezonden, maar ook op zo’n manier dat het systeem kon schakelen tussen verschillende instellingen.

Op deze manier kan niet worden gezegd dat het systeem geavanceerde informatie bevat die de resultaten kan beïnvloeden.

Ten slotte demonstreerde de derde prijswinnaar – professor Zeilinger van de Universiteit van Wenen – hoe verstrengelde kwantumtoestanden kunnen worden gebruikt in systemen met meer dan twee deeltjes en voor praktische toepassingen.

Zijn onderzoeksgroep heeft bijvoorbeeld laten zien hoe kwantumtoestanden kunnen worden overgedragen van het ene deeltje naar het andere ver weg in een proces dat bekend staat als ‘kwantumteleportatie’.

Dergelijke kwantumtrucs kunnen worden gebruikt om onbreekbare versleutelingsschema’s te produceren – waarbij verstrengelde deeltjes worden gebruikt om een ​​”sleutel” te produceren om gegevens te decoderen die zijn versleuteld op een manier die niet kan worden gemeten door een derde partij zonder de afzender te waarschuwen.

Voorzitter van het Nobelcomité voor Natuurkunde Anders Erbach: “Het wordt steeds duidelijker dat er een nieuw type kwantumtechnologie in opkomst is.

“We kunnen zien dat het werk van de prijswinnaars met verstrengelde toestanden van groot belang is, zelfs buiten fundamentele vragen over de interpretatie van de kwantummechanica.”

Frances Hellman, voorzitter van de American Physical Society, voegde toe: “Deze prijs weerspiegelt het belang van de ervaringen van de winnaars in ons fundamentele begrip van de kwantummechanica en opkomende technologieën zoals kwantumcomputers en kwantumcommunicatie.

“Het werk is een geweldig voorbeeld van het beste in de natuurkunde – het onderzoeken van de waarheid en schoonheid van het universum en het leggen van de basis voor technologieën die het leven op aarde verbeteren.”