Aquesta setmana s’han donat a conèixer el premis Nobel de Física 2022
Alain Aspect, nascut el 1947 a Agen, França. Doctorat 1983 per la Universitat Paris-Sud, Orsay, França. Professor a la Université Paris-Saclay i l’École Polytechnique, Palaiseau, França.
John F. Clauser, nascut el 1942 a Pasadena, CA, EUA. Doctorat 1969 per la Universitat de Columbia, Nova York, EUA. Investigador físic, J.F. Clauser & Assoc., Walnut Creek, CA, EUA.
Anton Zeilinger, nascut el 1945 a Ried im Innkreis, Àustria. Doctorat 1971 per la Universitat de Viena, Àustria. Professor a la Universitat de Viena, Àustria.
Mitjançant experiments innovadors, Alain Aspect, John Clauser i Anton Zeilinger han demostrat el potencial per investigar i controlar les partícules que es troben en estats entrellaçats. Els fonaments de la mecànica quàntica no són només una qüestió teòrica o filosòfica. Els experiments de la mecànica quàntica comencen a trobar aplicacions. Ara hi ha un gran camp d’investigació que inclou ordinadors quàntics, xarxes quàntiques i comunicació xifrada quàntica segura.
Un factor clau en aquest desenvolupament és com la mecànica quàntica permet que dues o més partícules existeixin en el que s’anomena estat entrellaçat. El que li passa a una de les partícules d’un parell entrellat determina què li passa a l’altra partícula, encara que estiguin allunyades.
Els estats quàntics entrellaçats tenen el potencial de noves maneres d’emmagatzemar, transferir i processar la informació.
Passen coses interessants si les partícules d’un parell entrellaçat viatgen en direccions oposades i una d’elles es troba amb una tercera partícula de tal manera que s’entrellacen. Aleshores entren en un nou estat compartit. La tercera partícula perd la seva identitat, però les seves propietats originals ara s’han transferit a la partícula sola del parell original. Aquesta manera de transferir un estat quàntic desconegut d’una partícula a una altra s’anomena teletransportació quàntica. Aquest tipus d’experiment es va dur a terme per primera vegada l’any 1997 per Anton Zeilinger i els seus col·legues.
Dos parells de partícules entrellaçades s’emeten de diferents fonts. Una partícula de cada parell s’ajunta d’una manera especial que les entrellaça. Les altres dues partícules (1 i 4 al diagrama) també s’entrellacen. D’aquesta manera, dues partícules que mai han estat en contacte es poden entrellaçar. Aquest intercanvi d’entrellaçs es va demostrar per primera vegada el 1998 pel grup de recerca d’Anton Zeilinger. Sorprenentment, la teletransportació quàntica és l’única manera de transferir informació quàntica d’un sistema a un altre sense perdre’n cap part.
Els parells de fotons entrellaçats, partícules de llum, es poden enviar en direccions oposades a través de fibres òptiques i funcionar com a senyals en una xarxa quàntica. L’entrellaçat entre dos parells fa possible ampliar les distàncies entre els nodes d’aquesta xarxa. Hi ha un límit a la distància que els fotons poden enviar a través d’una fibra òptica abans que s’absorbeixin o perdin les seves propietats. Els senyals de llum normals es poden amplificar al llarg del camí, però això no funciona amb parells entrellaçats. Un amplificador ha de captar i mesurar la llum, que trenca l’entrellat. No obstant això, l’intercanvi d’entrellaçament significa que és possible enviar l’estat original més lluny, transferint-lo a distàncies més llargues del que hauria estat possible.
L’experiment de John Clauser va utilitzar àtoms de calci que podien emetre fotons entrellaçats després d’haver-los il·luminat amb una llum especial. A la pràctica, s’utilitzen fotons que tenen una propietat anomenada polarització. Quan s’emeten les partícules tenen polarització paral·lela. Això es pot investigar mitjançant un filtre que permet la polarització orientada en una direcció determinada. Aquest és l’efecte utilitzat en moltes ulleres de sol, que bloquegen la llum que s’ha polaritzat en un pla determinat, per exemple, reflectint-se en l’aigua.
Ara s’han demostrat estats quàntics entrellaçats entre fotons que s’han enviat a través de desenes de quilòmetres de fibra òptica, i entre un satèl·lit i una estació a terra. En poc temps, investigadors de tot el món han trobat moltes maneres noves d’utilitzar aquestes propietats.
Empren una propietat ondulatòria, la polarització, en partícules de llum, fotons entrellaçats. Es una aplicació de la hipòtesis de dualitat ona-partícula proposada per Louis De Broglie en 1924, prest farà 100 anys.
