По пунктам:
- Что вообще такое квантовая запутанность?
- А что конкретно сделали Аспе, Клаузер и Цайлингер?
- Почему это важно?
- Ждать ли от квантовых компьютеров новых прорывов в ближайшее время?
- Почему в этом году выбор пал именно на исследования в области квантовой информатики?
Что вообще такое квантовая запутанность?
Это феномен, при котором квантовые состояния нескольких частиц оказываются взаимосвязанными независимо от расстояния между ними. Квантовая запутанность, как и другие квантовые свойства, сильно отличается от свойств других объектов материального мира. Благодаря ей можно создавать новые вычислительные и коммуникационные устройства. Но для этого нужно, во-первых, правильно установить фундаментальные законы, по которым живут квантовые частицы, и, во-вторых, научиться работать с ними экспериментально. В частности, чтобы доказать квантовую запутанность частиц с помощью эксперимента, нужно проверить выполнение неравенств Белла (названы так по имени физика Джона Белла). Они позволяют узнать о наличии в квантово-механической системе скрытых параметров, определяющих состояние, которое примет одна из частиц. Если неравенства не выполняются, частицы можно считать запутанными.
А что конкретно сделали Аспе, Клаузер и Цайлингер?
Они на протяжении десятилетий теоретически и экспериментально готовили фундаментальную базу для использования квантовых технологий в практических инженерных задачах. Эти новаторские исследования ученых помогли проложить путь для новых технологий, основанных на квантовой информации. В частности, эксперименты, которые доказали нарушение неравенств Белла, первым провел Джон Ф. Клаузер. Аспе удалось доказать, что неравенства действительно не выполняются. А Цайлингер, в свою очередь, смог экспериментально показать возможность квантовой телепортации, то есть изменение квантового состояния частицы из запутанной пары при изменении состояния другой, которая находится далеко от нее. Выяснилось, что запутанные частицы влияют на состояние друг друга, даже если между ними больше тысячи километров.
Почему это важно?
Исследования ученых оказали большое влияние на перспективы квантовых вычислений, в том числе благодаря им квантовым компьютерам удалось сделать настоящий прорыв. Например, на сегодня ученые из США и Китая уже научились делать машины, которые могут одновременно взаимодействовать с десятками кубитов (это квантовые частицы, в которых кодируется информация).
Ждать ли от квантовых компьютеров новых прорывов в ближайшее время?
Чтобы создавать квантовые компьютеры для реальных задач, необходимы сотни и даже тысячи этих частиц, то есть ученым нужно сделать еще несколько крупных шагов именно в инженерной отрасли. Можно предположить, что в лучшем случае лет через десять мы увидим действующие квантовые компьютеры в лабораториях. Но важно понимать, что квантовый компьютер в обозримом будущем — это не бытовое устройство, как, например, ноутбук, а оборудование для научных исследований. Нужен ли он дома и будет ли он переходить в ту же стадию, что и остальная электроника? Открытый вопрос.
Угадать, кому Нобелевский комитет присудит очередную награду, практически невозможно. Почему в этом году выбор пал именно на исследования в области квантовой информатики?
Слухи о том, что кому-то из ученых в области квантовой информатики дадут Нобелевскую премию, распространялись в мировом научном сообществе уже несколько лет. Были предположения, что наградят создателей квантовой криптографии Чарльза Беннета и Стивена Визнера, но по традициям Нобелевской премии выбор пал на исследователей, которые ближе к фундаментальной науке. Премия обычно вручается ни сразу, а только через годы, иногда через десятилетия после сделанных открытий — когда они станут общепринятыми и начнут внедряться в прикладные решения. То есть награждают не за «сиюминутный результат», а за долгий научно-творческий путь.
