Nobela cena za fyziku pro rok 2022 byla udělena za experimenty s kvantově provázanými fotony proprofesory: Alain Aspect (Université Paris-Saclay a École Polytechnique), John F. Clauser (J.F. Clauser & Assoc.) a Anton Zeilinger (University of Vienna).

Všichni tři dostali Nobelovu cenu za praktické experimenty s kvantově provázanými fotony.

Konkrétně John Clauser ji dostal za navázání výzkumu na Johna S. Bella a experimentální realizaci Bellova teorému, tzv. CHSH nerovnosti, kterou lze narušit jen pomocí kvantového provázání. Nicméně, Clauserův experiment nebyl dokonalý a měl mezery, které dávaly pochybovačům dostatečné důvody tomu nevěřit. Do té doby se věřilo, že existují nějaké skryté proměnné, které nám nejsou známé a způsobují dané „divné“ kvantové chování.

Dané mezery pak napravil ve svém experimentu Alain Aspects, který přišel s vylepšeným návrhem, který již nepochybně prokázal kvantové provázání a jeho „podivné“ chování na dálku. Alain Aspect je také některými považován za otce kvantové optiky. Pro zajímavost, na Coursera.org můžete najít Alainovy kurzy na kvantovou optiku (první kurz, druhý kurz).

Anton Zeilinger pak dostal cenu dostal za praktické využití kvantového provázání a to konkrétně za kvantovou teleportaci. Jedná se o důležitý kvantový protokol, který umožňuje přenést kvantový stav čili kvantovou informaci na dálku. Dále k jeho práci patří i entanglement swapping, tedy zase naopak přenesení kvantového provázaní z jednoho kvantového systému (qubitu) na jiný. Také byl u experimentů, kde se provázaly více jak dva kvantové systémy (qubity), tzv. GHZ stavy.

Pro zajímavost, všichni tři ve stejném složení dostali v roce 2010 i tzv. Wolfovu cenu za fyziku.

Ve výsledku všichni tři významně přispěli k oblasti kvantové informatiky, kde kvantové provázaní je jeden ze základních elementů. A možná se ptáte, jak využitelné to pro nás může být?

Kvantové provázání je důležitou vlastností pro různé kvantové technologie. To zahrnuje kvantové počítače, kde kvantové provázání je součástí důležitých algoritmů. Například kvantová Fourierova transformace (je součástí i Shorova algoritmu pro rozbití asymetrického šifrování) je vlastně kvantové provázání. U kvantových sítí je kvantové provázání základem QKD protokolů na bázi E91 a umožňuje pokročilejší bezpečnostní protokoly nebo kvantové distribuované počítání. Kvantové provázání u kvantových generátorů náhodných čísel nám zase umožňuje verifikovat a certifikovat, že jde skutečně o náhodná čísla (to pro žádný jiný generátor není možný). Nebo kvantové provázání je základem většiny kvantových zobrazovacích protokolů jako je kvantový radar, kvantová 3D kamera, atd.