Nobelio fizikos premija – už indėlį į pasiutusiai keistą kvantinę mechaniką

Karališkoji Švedijos mokslų akademija praneša, kad 2022 m. Nobelio fizikos premijos laureatais tampa Alainas Aspectas, Johnas F. Clauseris ir Antonas Zeilingeris. EPA nuotrauka

Tęsiasi Nobelio premijų savaitė. 2022 metų laureatais fizikos srityje šiemet tapo šios srities mokslininkai prancūzas Alainas Aspectas, amerikietis Johnas F. Clauseris ir austras Antonas Zeilingeris. Anot Karališkosios Švedijos mokslų akademijos, jie atliko „revoliucinius“ kvantinės mechanikos eksperimentus, kurie davė pradžią naujiems, kvantinės informacijos mokslams. Ir pasidalins Nobelio fizikos premiją „už eksperimentus su susipynusiais fotonais, Bello nelygybės pažeidimo nustatymą ir kvantinės informacijos mokslų kūrimą“.

Kvantinė mechanika yra viena iš teorinės fizikos šakų, kuri aiškinasi, kaip tarpusavyje elgiasi mažesnės už atomą – subatominės – dalelės. Tai be galo sudėtingas mokslas. Jeigu apie jį ničnieko nenutuokiate, negraužkit savęs: net ir nedažnas fizikas galėtų paaiškinti, ką konkrečiai padarė Nobelio premijos laureatai ir kaip tai veikia. Tačiau yra sutariama, kad kvantinės mechanikos dėsniai tikrai veikia, visi eksperimentai pasiteisino, o jų teikiama praktinė nauda turėtų būti tiesiog įspūdinga.

Pradėkim nuo teorijos. Viena iš kvantinės mechanikos įdomybių yra ta, kad dvi ar daugiau nematomų subatominių dalelių (pavyzdžiui, fotonai) dėl jose užkoduotos informacijos gali elgtis visiškai vienodai, net kai jas skiria didžiuliai atstumai. O jeigu paveiktume vieną dalelę, iškart tas pats nutiktų ir kitai. Toks reiškinys vadinamas „kvantiniu supynimu“ – o Nobelio premijos laureatai A. Aspectas, J. F. Clauseris ir A. Zeilingeris, kiekvienas savo laiku ir tobulindami metodus, pademonstravo, kad galima tirti ir valdyti tas susipynusias daleles.

Nobelio premijos laureatas, austrų fizikas Antonas Zeilingeris. EPA nuotrauka

Skambų akordą čia sugrojo A. Zeilingeris: jis su komanda pirmieji pademonstravo reiškinį, kuris vadinamas kvantine teleportacija. Ne, mokslininkai neperkėlė žmogaus ar gyvūno iš vienos vietos į kitą – šito kol kas neįmanoma padaryti. Kvantinė teleportacija neperkelia materijos, bet informaciją. Tiksliau – perkelia vadinamąją kvantinę informaciją iš vienos dalelės į kitą, ir tai tampa įmanoma dėl minėto nutolusių dalelių „supynimo“ – jas jungiančios nematomos jėgos.

Taip, tai galbūt sudėtingiau už Tomo Akviniečio raštus, tačiau tie, kurie šituos mechanizmus supranta, laikui bėgant įveikia vis didesnius atstumus: štai 2020 metais buvo pasiektas rekordas, kai JAV „Fermilab“ Kalgario universitetas su partneriais teleportavo fotonų kvantinę informaciją 44 kilometrų atstumu.

Gerai, tačiau kas mums iš to? Pasirodo, tokiais eksperimentais tikimasi sukurti įvairių technologijų, kurios savo greičiu, galia ir tikslumu „perspjautų“ dabartines. Pavyzdžiui, kvantiniai kompiuteriai. Šiuo metu pasaulyje jų yra daugiau nei dešimt, juos tobulina ir išbando įvairios kompanijos (tokios kaip IBM, „Google“ ar „Microsoft“).

Nobelio fizikos premijos laureatas, prancūzų fizikas Alainas Aspectas. EPA nuotrauka

Kuo skiriasi kvantinis kompiuteris nuo įprasto? Mūsų kompiuteriai apdoroja duomenis, vadinamus bitais, kurie žymimi skaičiais 1 arba 0. Šiomis dviejų skaičių kombinacijomis ir remiasi skaitmeninė informacija. Tuo metu kvantiniai kompiuteriai apdoroja kvantinius bitus (arba kubitus) – o jie gali būti ir 1, ir O vienu metu! Įsivaizduokit, kad jūs vienu metu esate ir Paryžiuje, ir Vilniuje; arba vienu metu ir grojate pianinu, ir žaidžiate krepšinį. Panašiai kaip tos dvi atskiros (bet savotiškai identiškos) dalelės. Turbūt.

Mąstant apie tai svaigsta galva. Kai kuriems taip stipriai, kad jau galima rasti interneto puslapių ir vaizdo įrašų, kuriuose labai rimtai aiškinama, kaip kvantinė mechanika susijusi su ezoterika – ir kaip, įvaldę kvantines įmantrybes, galėsime užmegzti ryšį su „aukštesniąja sąmone“.

Palieku tai Jūsų pasvarstymams. Tačiau kas tikrai aišku – kad kvantinė mechanika padeda paukščiams užmegzti ryšį su Žemės elektromagnetiniu lauku! Ir dėl to jie tiksliai „žino“, kada, kaip ir kur migruoti. Labai rekomenduoju pažiūrėti trumpą LRT televizijos laidos „Mokslo sriuba“ ištrauką apie tai:

O kalbant apie žmogui reikalingus dalykus, praktinė kvantinių technologijų nauda būtų labai aiški: kvantiniai kompiuteriai yra tūkstančius kartų greitesni ir tikslesni už klasikinius, jie galėtų nepalyginamai greičiau apdoroti pačią įvairiausią informaciją – pavyzdžiui, tiksliai nuspėti orus, transporto mieste judėjimą, nustatyti ligų židinius organizme ir pan. Jeigu dalis žmonijos svajoja apie autonominius automobilius (kurie patys mąstys ir save vairuos), tai kvantinės mechanikos pasiekimai čia labai pravers.

Nobelio premijos laureatas, amerikiečių fizikas Johnas Francis Clauseris. EPA nuotrauka

Beje, dar viena sritis: astronomija. Esant dabartiniams pajėgumams (teleskopams ir t. t.) žmonija vis dar negali patikimai stebėti dangaus ir išvengti visų potencialiai pavojingų asteroidų bei kitų kosminių akmenų. Mokslininkai sutaria, kad patys didžiausi tokie dangaus kūnai yra nuolat stebimi – ir nė vienas iš jų artimiausius šimtą metų nekelia grėsmės.

Tačiau, kalbant apie mažesnius, jau turime problemų. Ryškiausias to pavyzdys buvo 2013 m. Rusijoje, Čeliabinske, nukritęs meteoritas, kurio kosmose niekas taip ir nepamatė. Visa laimė, vietiniai gyventojai atsipirko sudaužytais butų langų stiklais ir nesunkiais sužeidimais, o pats keliolikos metrų skersmens meteoritas nukrito į ežerą.

Taigi, kvantiniai kompiuteriai ypač palengvintų tokių dangaus kūnų stebėjimą.

Ir tai tik keletas sričių, kurios gali parodyti, kaip visiškai nesuprantami, „sausi“ moksliniai dalykai padėtų mūsų visų kasdienybėje. Tiesa, kol kas suvaldyti ir savo naudai įkinkyti kvantinę mechaniką išlieka itin sudėtinga. Tačiau drąsesni kvantinių technologijų entuziastai netgi garsiai svarsto apie ateityje sukursimus kvantinius robotus, kurie būtų nepalyginamai protingesni už žmogų! Lieka tik mažytis klausimas: ar mes to tikrai norime?

Parengta pagal Nobelprize.org ir užsienio spaudą