Nobeli füüsikapreemia läks kvantmaailma inseneridele
Nobeli füüsikapreemia pälvisid sel aastal prantslane Alain Aspect, ameeriklane John Clauser ja austerlane Anton Zeilinger. Laureaadid on loonud oma teadustöö käigus hulga meetodeid ja tööriistu, mis aitavad lõigata silmale nähtamatust ja tavamõistuse jaoks ebaharilikult käituvast kvantmaailmast praktilist kasu.
Kvantmaailmas tavapärased nähtused võivad aidata ehitada tulevikus senisest kordades paremaid arvuteid, teha täpsemaid mõõtmisi, ehitada kvantvõrke ning luua turvalisi ja muukimiskindlaid suhtluskanaleid. Nobelistide tehtud teadustöö aitab selle vundamendiks olevate osakeste erilisi omadusi eelnevast paremini ära kasutada.
Täpsemalt näitasid laureaatide eksperimendid, et üksteisest kaugel asuvate pisiosakeste vahelised seosed pole tingitud vaatlejale teadmatuks jäävatest teguritest. Selle asemel saavad need kvantpõimituse kaudu mõjutada teoreetiliselt üksteist isegi mitmete valgusaastate kaugusel.
Näiteks ühe valgusosakese polarisatsiooni, valgulainete võnkesuunda mõõtes on vaatlejale kohe teada, milline on sellega põimitud valgusosakese olek. Isegi kui valguse kantaval informatsioonil võtaks sama pika teekonna läbimine aastaid. Möödunud sajandi suurkuju Albert Einstein kutsus seda tontlikuks vastastikmõjuks.
John Clauser ehitas oma eksperimentide käigus katseseadme, mis kiirgas korraga välja kaks kvantpõimitud footonit. Valgusosakesed tabasid omakorda nende polarisatsiooni mõõtvaid filtreid. Saadud tulemused rikkusid Belli võrratust.
"Tuleb välja, et kvantmaailmas on sellised osakesed, sellised seisundid nagu põimitud seisundid ja need käituvad fundamentaalselt teistmoodi. 20. sajandi keskpaigal John Bell avastas, et kehtivad võrratused, mis seda seost hästi kirjeldavad. Nii et võiksimegi öelda, et Belli võrratused tegelikult tõmbavad sellise terava piiri klassikalise kvantmaailma vahele," selgitas Veiko Palge, Tartu Ülikooli teoreetilise füüsika teadur.
Võrratused võimaldasid seega eristada, kas tulemuse taga on tõesti vaid kvantmaailmale iseloomulikud nähtused või on võimalik saadavaid tulemusi ennustada ka klassikalise füüsika abil, kui vaid teada oleks kogu vajalik info. Clauseri eksperimendis saadud tulemused olid omavahel tugevamas seoses, kui oleks lubanud Belli võrratuse piir. Sellega said kinnitust kvantmehaanika ennustused.
Alain Aspecti loodud metoodika võimaldas seljatada olulise kvantoptikat painanud probleemi. Füüsikul õnnestus muuta mõõtmisaparatuuri seadeid pärast seda, kui kvantpõimitud footonid oma kiirgusallikast lahkusid. Sellega oli võimalik kindlustada, et kasutatud seaded ei mõjuta mõõtmistulemust.
Anton Zeilingeri teadustöö puudutab põimitud kvantolekuid. Töörühmal õnnestus näidata kvantteleportatsiooni olemasolu. See võimaldab liigutada ühe osakese kvantoleku teisele sellest kaugel asuvale osakesele.
"Kvantmaailmas on alati kaks aspekti. Üks on fundamentaalne aspekt, kuidas maailm, milline see maailm on ja kuidas ta koos seisab. Teine on see, et kvantteooria on olnud väga oluliste tehnoloogiliste saavutuste aluseks," märkis Palge.
Nõnda on mänginud kvantteooria võtmerolli juba tuumatehnoloogiate, laserite ja arvutite valmistamisele. "Need [nobelistide] tööd annavad aluse uuele tehnoloogiale - kvantteleportatsioonile, mille alusel me saame siis luua kvantarvutid, kvantkommunikatsioonid. Kvantkrüptograafiad on turvalised kommunikatsiooniprotokollidd, milliseid klassikalise tehnoloogiaga iialgi teha ei saaks," lisas Palge.
Nobeli preemiat füüsika alal antakse välja alates 1901. aastast Alates 2018. aastast on Nobeli preemia väärtus kümme miljonit Rootsi krooni (u 923 000 eurot). Lisaks rahalisele auhinnale saavad laureaadid Nobeli bareljeefiga kuldmedali ja diplomi.
Möödunud aastal pälvisid preemia jaapanlane Syukuro Manabe, sakslane Klaus Hasselmann ja itaallane Giorgio Parisi nende läbimurdelise panuse eest komplekssüsteemide mõistmisel. Laureaatide töö näitas muu hulgas, et praegused teadmised kliimast seisavad tugevatel teaduslikel alustel.
Toimetaja: Jaan-Juhan Oidermaa