Nagroda Nobla 2022 w dziedzinie fizyki informatyki kwantowej!
Tegoroczne wyróżnienie trafia do Alaina Aspecta, Johna F. Clausera i Antona Zeilingera za eksperymenty ze splątanymi fotonami, ustalające naruszenie nierówności Bella i pionierską informatykę kwantową.

Opracowanie narzędzi eksperymentalnych przez tegorocznych laureatów położyło podwaliny pod nową erę technologii kwantowej. Możliwość manipulowania i zarządzania stanami kwantowymi oraz wszystkimi ich warstwami właściwości daje nam dostęp do narzędzi o nieoczekiwanym potencjale. Ich własności mogą być wykorzystane do budowy komputerów kwantowych, ulepszania pomiarów, budowania sieci kwantowych i ustanawiania bezpiecznej, szyfrowanej kwantowo komunikacji.


O co dokładnie chodzi z tym splątaniem? Dlaczego kontrolowanie cząstek znajdujących się w takim właśnie enigmatycznym stanie splątania "otrzymało" w tym roku Nagrodę Nobla? Spróbujmy się przyjrzeć więc tym niezwykłościom ze świata, w którym koty zamknięte w pudełkach są zarówno żywe, jak i martwe.

Po pierwsze - czym właściwie u licha jest splątanie? A więc, wyobraźmy sobie dwie cząstki. Mogą być one oddalone od siebie nawet na bardzo, bardzo duże odległości. To nie ma znaczenia. Otóż, kiedy ta para cząstek znajduje się w splątanym stanie kwantowym, to wówczas oznacza to tyle, że gdy mierzymy jakąś właściwość jednej z nich, to możemy natychmiast określić wynik równoważnego pomiaru dla drugiej. Bez konieczności sprawdzania. Dosyć to wygodne. Ale też niezwykłe, przekraczające nieco nasze wyobrażenie o pewnych rzeczach. Nic dziwnego, że Erwin Schrödinger uznał to kuriozum za najważniejszą cechę mechaniki kwantowej.

Przede wszystkim myk cały z naszymi cząstkami polega na tym, że dopóki nie zmierzymy ich stanów, dopóty nie są one określone. Gdyby splątane cząstki były kulkami o przeciwnych barwach, zamkniętymi w jakimś pudle, a my chcielibyśmy określić ich kolor, wówczas wyglądałoby to trochę tak, że dopóki nie wydostaniemy którejś z nich z pudła i nie spojrzymy na nią, dopóty obie pozostaną niewiadome. Następnie, gdy uda nam się "dotrzeć" do jednej kulki i określić jej kolor, wówczas "z automatu" wiemy, że ta druga zmienia barwę na przeciwną. Zastanawiacie się dlaczego "zmienia barwę na przeciwną", a nie "ma przeciwną barwę"? To właśnie są te nierówności Bella, o których wspomina noblowska notka. Przede wszystkim określają one jasno, że mechanika kwantowa jest naprawdę nieoznaczona i nie istnieją tam żadne "tajne instrukcje", które już na wstępie określałyby, jakiej natury są obie kulki wtedy, gdy nie widzimy jeszcze żadnej z nich. Dopiero przypadek decyduje o tym, która stanie się czarna, a która biała. Więc dlatego w pewnym sensie kulki dopiero "stają się" takiego koloru, a nie "mają" go domyślnie. Ot, taka subtelna różnica, a jednak bardzo istotna.

No dobrze, to jeszcze ta teleportacja. 

Otóż, kiedy dwie cząstki pozostają ze sobą w splątanej parze i poruszają się w przeciwnych kierunkach, aż nagle jedna z nich spotyka na swojej drodze trzecią cząstkę, wówczas istnieje spora szansa, że stworzą takie splątane trio. I wejdą w nowy stan. Trzecia cząstka straci wtedy swoją tożsamość, ale jej właściwości zostaną przeniesione na jedną z cząstek z naszej pierwotnej pary. Taki sposób przenoszenia nieznanego nam stanu kwantowego z jednej cząstki na drugą nazywa się właśnie teleportacją kwantową. Fakt ten przydaje się świetnie przy przesyłaniu splątanych fotonów (czyli cząstek światła) przez światłowody. Wszystko to wynika z tego, że fotony mają pewną granicę odległości swojej światłowodowej wędrówki, po której albo tracą swoje właściwości, albo zostają pochłonięte. Wykorzystanie takich "przeskoków właściwości" umożliwia więc zwiększenie odległości między węzłami w sieci i przesłanie pierwotnego stanu dalej, na znacznie większy dystans.

Oczywiście, to tylko urywek tego, co oferuje nam mechanika kwantowa. Możliwość manipulowania i zarządzania stanami kwantowymi może nam dać dostęp do narzędzi o ogromnym i nieoczekiwanym potencjale. Powoli wkraczamy w nową erę, w której układy splątanych cząstek, które będziemy mogli kontrolować otworzą przed nami możliwości, przekraczające nasze wcześniejsze najśmielsze wyobrażenia.