Серж Арош
Сержу Арошу удалось предложить способ захвата отдельных фотонов и измерения их с помощью атомов

Американец Дэвид Вайнленд и француз Серж Арош удостоены Нобелевской премии 2012 года в области физики за исследования в области квантовой оптики, благодаря которым со временем могут появиться более быстрые процессоры и телекоммуникационные системы, а также более точные хронометры.

Вайнленд работает в Университете Колорадо в Боулдере, Арош — в Коллеж де Франс и Высшей нормальной школе Парижа. Они вели свои исследования независимо, применяя разные подходы. Американский ученый создал методы изоляции индивидуальных ионов (электрически заряженных атомов) и измерения их квантового состояния с помощью фотонов, а французский — способ захвата отдельных фотонов и измерения их с помощью атомов.

Хотя поведение электрического тока и лучей света можно описать законами классической физики, они неприменимы для индивидуальных атомов, электронов и фотонов. На этом уровне вступают в силу новые правила — законы квантовой механики, играющие все более важную роль для индустрии ИТ. Плотность размещения элементов в микросхемах становится настолько большой, что для хранения одного бита скоро будет использоваться всего несколько атомов или электронов, а пропускная способность волоконно-оптических сетей возросла до такой степени, что каждый световой импульс в них будет состоять всего из нескольких фотонов.

Дэвид Вайнленд
Дэвид Вайнленд создал методы изоляции ионов и измерения их квантового состояния с помощью фотонов. Источник: NIST/Wikipedia

Изучать квантовые явления исследователям мешали барьеры, связанные, в частности, с трудностью изоляции индивидуальных частиц материи и света, а также наблюдения или измерения их квантового поведения без вмешательства в него. Вайнленд и Арош стали первыми, кто решил эти проблемы, сделав первые шаги к созданию нового поколения компьютеров.

В ходе телефонной конференции с репортерами, собравшимися в Королевской шведской академии наук, Ароша спросили, когда же такие компьютеры появятся на рынке. «Я не знаю, — признался он буквально через 20 минут после того как выяснил, что стал нобелевским лауреатом. — Мы проводим фундаментальные исследования, пытаясь разобраться, как частицы ведут себя на квантовом уровне. Когда объем исследований велик, конечное применение открытия может быть не таким, как изначально предвиделось. Так случилось с лазерами и ядерным магнитным резонансом. Манипуляции с квантовыми системами относятся к тому же классу исследований».

Лазеры, первоначально применявшиеся лишь в дальномерах и создании голограмм, сегодня используются в проигрывателях оптических дисков и системах телекоммуникаций. Ядерно-магнитный резонанс же изначально предполагалось использовать для идентификации индивидуальных атомов исходя из их магнитных свойств, но сегодня он стал основой аппаратов магнитно-резонансной томографии, применяемых для диагностики множества заболеваний.

«На фундаментальном уровне предстоит еще выяснить очень многое, и потенциальных применений этих исследований так много, что очень трудно предвидеть, какие именно реализуются, — считает Арош. — Возможно, это будет компьютер, а может, системы связи или какие-то полезные квантовые модели».

Что касается исследований Вайнленда, благодаря им могут появиться часы в сто раз более точные, чем нынешние атомные.

«Такие хронометры способны измерять гравитационное смещение с очень большой точностью, — пояснил Арош. — С их помощью можно регистрировать аномалии гравитационного поля, что будет ценным для геологии и сейсмологии».

Вайнленд и Арош родились в одном году, 1944-м. Они вместе получат премию, составляющую 8 млн шведских крон (около 1,2 млн долл.).