Kvantumfizikáért adták a fizikai Nobel-díjat (Frissítve!)

A bizottság indoklása szerint a két tudós "a kvantumfizikai kísérletezés új korszaka előtt nyitotta meg az utat azzal, hogy demonstrálták az egyedi kvantumrészecskék – azok tönkretétele nélküli – közvetlen megfigyelhetőségét".

Munkájuk új típusú, szupergyors, kvantumfizikán alapuló számítógép megépítéséhez vezethet el. A kvantumszámítógép talán ebben a században változtatja meg olyan radikálisan mindennapi életünket, ahogyan a klasszikus komputer tette az elmúlt században, áll a Királyi Akadémia közleményében.

A 68 éves Serge Haroche és a szintén 68 éves David J. Wineland egymástól függetlenül talált és fejlesztett ki módszereket az egyedi részecskék mérésére és manipulálására úgy, hogy közben sikerült megőrizniük azok kvantummechanikai természetét, mindezt korábban hozzáférhetetlennek vélt utakon, olvasható a nobelprize.org honlapon található indoklásban.

A fény vagy az anyag különálló részecskéire a klasszikus fizika törvényei nem alkalmazhatók, helyüket ebben a léptékben átveszi a kvantumfizika. Az egyedi részecskéket azonban nem egyszerű elkülöníteni környezetüktől, és azonnal elveszítik titokzatos kvantumtulajdonságaikat, amint kapcsolatba lépnek a külvilággal. Ezért a kvantumfizika által megjósolt számos, látszólag bizarr tulajdonságot nem tudták közvetlenül megfigyelni, a kutatók csak gondolatkísérleteket tudtak folytatni velük kapcsolatban.

Haroche és Wineland kutatócsoportja olyan laboratóriumi módszereket fejlesztett ki, melyekkel sikerült mérniük és kontrollálniuk igen törékeny kvantumállapotokat, amelyekről korábban azt hitték, hogy lehetetlen közvetlen megfigyelésük.

Mindkét díjazott a fény és az anyag közti alapvető kölcsönhatásokat tanulmányozó kvantumoptika területén dolgozik; ez a terület az 1980-as évek óta figyelemreméltó fejlődésen ment át. Áttörést jelentő módszereik tették lehetővé, hogy ez a kutatási terület megtegye legelső lépéseit egy szupergyors, kvantumfizikán alapuló számítógép megépítése felé.

Serge Haroche francia állampolgár, 1944-ben született a marokkói Casablancán, a Collége de France professzora.

David J. Wineland amerikai állampolgár, 1944-ben született Milwaukeeban, az amerikai Országos Szabványügyi és Technológiai Intézet (NIST) fizikusa.

Az elismeréssel összesen 8 millió svéd korona (263 millió forint) is jár.

Kroó Norbert: A kvantumfizikai kísérletezés új korszakát nyitották meg

A kvantumfizikai kísérletezés új korszakát nyitották meg az idei fizikai Nobel-díjasok, akik unikális technikát dolgoztak ki. A francia Serge Haroche és az amerikai David J. Wineland módszere lehetővé tette, hogy megfigyeljük a kvantumrészecskéket anélkül, hogy tönkretennénk ezeket az érzékeny rendszereket, hangsúlyozta az MTI-nek Kroó Norbert fizikus, akadémikus, a Magyar Tudományos Akadémia korábbi alelnöke, aki személyesen ismeri mindkét tudóst.

Ismertetése szerint kvantumrendszer sok minden lehet. "Lehet egy atom, vagy annak egy elemi része, de lehet egy bonyolult molekula is. Régen azt mondták, hogy a mikro- és a nanovilág tartozik a kvantumrendszerekhez, de most egyre inkább látjuk, hogy ez felfelé is terjedhet. Én azt találtam, hogy kvantummechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek például a felületi plazmonok is (a fém felületén lévő vezetési elektronoknak a lézerfény segítségével gerjesztett hullámszerű mozgása), amikor 10¹² számú, azaz billió elektron mozog. A kvantummechanikának vannak olyan érdekes dolgai, hogy két kvantumrendszer képes összekapcsolódni egymással, mégpedig akkor is, ha nagyon messze, akár egy kilométerre is vannak egymástól. Ha az egyik rendszerrel történik valami, és össze vannak kapcsolva egymással, akkor a másikon is lehet látni. Ezen alapul a kvantum alapú információtovábbítás (kvantumkriptográfia). Ez a kapcsolat nemcsak térben igaz, hanem időben is, időben is megvan ez az összecsatolás. Ez egészen különleges tulajdonsága a kvantummechanikának, mondta.

Kroó Norbert kitért a kvantumrendszerek érzékenységére is. "Ha egy kvantumrendszerhez hozzányúlnak, tehát mérnek, széttörik a kvantummechanikai állapotot. Ez az érzékenység a kvantummechanika egyik alapelvéből, az úgynevezett Heisenberg-féle határozatlansági relációból (elvből) következik, amely kimondja, hogy nem lehet egy részecske bizonyos megfigyelhető változóit egyszerre tetszőleges pontossággal megmérni azonos pillanatban még elvileg sem; például nem mérhető meg egyszerre pontosan egy részecske térbeli helye és impulzusa. Ezen a nehézségen át lehet lépni a Nobel-díjasok által kidolgozott technika segítségével, tehát meg tudom mondani, hogy hol van a részecske és hogyan mozog", fejtegette az akadémikus.

A két Nobel-díjas által kidolgozott unikális kísérleti technikával viszont úgy lehet mérni, hogy nem törik szét a kvantummechanikai rendszert, amelyet egy "alkalmasan megválasztott" lézerrel világítanak meg, majd megnézik a "választ". "Ez lehet fényválasz, amely tartalmazza mindazt az információt, amely a kvantumrendszerben volt, anélkül, hogy a rendszer elvesztette volna a kvantumtulajdonságait. Normális körülmények között, amikor választ kérünk, a kvantumrendszer elveszti a kvantumtulajdonságait. A kitüntetett tudósok nyilvánvalóan megérdemlik a Nobel-díjat. Egészen új szemléletét nyitották meg a kvantummechanikának, ez a díj alapvető üzenete", hangsúlyozta Kroó Norbert.

Domokos Péter: közvetlen módon igazolták a kvantummechnaika jóslatait

Domokos Péter fizikus, az MTA Wigner Fizikai Kutatóintézet Kvantumoptikai Osztályának tudományos tanácsadója úttörő jellegűnek nevezte az idei fizikai Nobel-díjasok, a francia Serge Haroche és az amerikai David J. Wineland munkásságát, akik demonstrálták az egyedi kvantumrészecskék közvetlen megfigyelhetőségét azok tönkretétele nélkül.

"Az a közös a két tudós munkájában, hogy a kvantummechanika elméletét közvetlen módon ültették a gyakorlatba, nekik köszönhetően nem csak közvetett tapasztalatokat szerzünk a világról és az alapján következtetünk a kvantummechanikára. Olyan rendszereket hoztak létre, amelyek egyedi atomokat vagy egyedi fotonokat tartalmaznak és ezek a kvantummechanika törvényszerűségei szerint viselkednek. Ennek az egyik jelentősége, hogy magának a kvantummechanikának az alapvető állításait ők bizonyították közvetlen módon először. Tehát nemcsak valamilyen tapasztalatból közvetve következtetünk, hanem kísérleteik során ténylegesen, tervezett módon igazolták a kvantummechanika jóslatait", hangsúlyozta Domokos Péter.

Serge Haroche kutatócsoportjának a kísérletei voltak az elsők, amelyek a fény kvantáltságát, azaz a fotonhipotézist igazolták. "Azt az elméletet, amelyért Albert Einstein 1921-ben Nobel-díjban részesült, csak 1994-ben igazolták minden kétséget kizáró módon a francia kutatók", jegyezte meg a fizikus. Másrészt a két Nobel-díjas által kidolgozott technológiák utat nyitnak arra, hogy a kvantummechanikai objektumokból további eszközöket lehet majd építeni.

Domokos Péter, aki az MTA Lendület-programja keretében 2011-ben saját kutatócsoportot alapíthatott, kitért arra, hogy Serge Haroche témavezetője volt 1994-1998 között a párizsi École Normale Supérieure-ön. A Nobel-díjas fizikust nagyon szerény és nagyon művelt emberként jellemezte, akire ma is felnéz. Ma is tartják a kapcsolatot, hiszen a VII. európai kutatási és fejlesztési keretprogramban van olyan hálózat, amelyben Serge Haroche kutatócsoportja és Domokos Péter kutatócsoportja egyaránt benne van.