Quantum entanglement, teleportation, and randomness: Nobel Prize in Physics 2022

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Precise control for individual quantum systems, such as individual photons, atoms, or ions, opens the door to a range of quantum technologies. The goal of this concept is to create devices that, due to quantum effects, will be able to solve prob„lems of data processing and secure information transfer and high-precision measurements of parameters of the surrounding world more effectively than existing approaches do. The key step in the advent of quantum technologies was the pioneering work of the second half of the twentieth century, which, first, showed the paradoxical nature and correctness of the quantum mechanical description of nature and, second, laid down and introduced the basic experimental approaches that became the basis of modern quantum technologies. The Nobel Prize in Physics 2022 was awarded to Alain Aspect, John Clauser, and Anton Zeilinger for their experiments with entangled photons, establishing the violation of Bell inequalities, and pioneering quantum information science.

About the authors

Aleksey Konstantinovich Fedorov

P. N. Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences; International Center for Quantum Optics and Quantum Technologies (the Russian Quantum Center); National University of Science and Technology «MISIS»

Email: lex1026@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4722-3418
SPIN-code: 3504-0261
without scientific degree, no status

Evgeniy Olegovich Kiktenko

International Center for Quantum Optics and Quantum Technologies (the Russian Quantum Center); National University of Science and Technology «MISIS»

Email: evgeniy.kiktenko@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-5760-441X
Scopus Author ID: 36809945300
ResearcherId: J-7288-2012
Candidate of physico-mathematical sciences, no status

Ksenia Yur'evna Khabarova

P. N. Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences; International Center for Quantum Optics and Quantum Technologies (the Russian Quantum Center)

Candidate of physico-mathematical sciences, no status

Nikolay Nikolaevich Kolachevsky

P. N. Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences; International Center for Quantum Optics and Quantum Technologies (the Russian Quantum Center)

Email: kolachevsky@lebedev.ru
Scopus Author ID: 6602852750
Doctor of physico-mathematical sciences

References

  1. Planck M., Ann. Physik, 309 (1901), 553
  2. Bohr N., Philos. Mag. 6, 26 (1913), 1
  3. Bohr N., Philos. Mag. 6, 26 (1913), 476
  4. Bohr Niels, Philos. Mag. 6, 26 (1913), 857
  5. Heisenberg W., Z. Phys., 33 (1925), 879
  6. Schrödinger E., Phys. Rev., 28 (1926), 1049
  7. Schrödinger E., Naturwissenschaften, 23 (1935), 807
  8. Einstein A., Podolsky B., Rosen N., Phys. Rev., 47 (1935), 777
  9. Фок В. А. и др., УФН, 16 (1936), 436
  10. Bohm D., Quantum Theory, Prentice-Hall, New York, 1951
  11. von Neumann J., Mathematische Grundlagen der Quantenmechanik, J. Springer, Berlin, 1932
  12. Bohm D., Phys. Rev., 85 (1952), 166
  13. Bell J. S., Physics Physique Fizika, 1 (1964), 195
  14. Килин С. Я., УФН, 169 (1999), 507
  15. Валиев К. А., УФН, 175 (2005), 3
  16. Хабарова К. Ю., Заливако И. В., Колачевский Н. Н., УФН, 192 (2022), 1305
  17. Вишнякова Г. А. и др., УФН, 186 (2016), 176
  18. Сукачeв Д. Д., УФН, 191 (2021), 1077
  19. Трушечкин А. С. и др., УФН, 191 (2021), 93
  20. Клышко Д. Н., УФН, 154 (1988), 133
  21. Клышко Д. Н., УФН, 158 (1989), 327
  22. Белинский А. В., Клышко Д. Н., УФН, 163:8 (1993), 1
  23. Соколов Ю. Л., УФН, 169 (1999), 559
  24. Жeлтиков А. М., Скалли М. О., УФН, 190 (2020), 749
  25. Холево А. С., Квантовые системы, каналы, информация, МЦНМО, М., 2014
  26. Freedman S. J., Clauser J. F., Phys. Rev. Lett., 28 (1972), 938
  27. Aspect A., Grangier Ph., Roger G., Phys. Rev. Lett., 49 (1982), 91
  28. Aspect A., Dalibard J., Roger G., Phys. Rev. Lett., 49 (1982), 1804
  29. Aspect A., Nature, 446 (2007), 866
  30. Weihs G. et al., Phys. Rev. Lett., 81 (1998), 5039
  31. Scheidl T. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 107 (2010), 19708
  32. Giustina M. et al., Nature, 497 (2013), 227
  33. Gröblacher S. et al., Nature, 446 (2007), 871
  34. Handsteiner J. et al., Phys. Rev. Lett., 118 (2017), 060401
  35. Hensen B. et al., Nature, 526 (2015), 682
  36. Pan J.-W. et al., Nature, 403 (2000), 515
  37. Bennett Ch. H. et al., Phys. Rev. Lett., 70 (1993), 1895
  38. Wootters W. K., Zurek W. H., Nature, 299 (1982), 802
  39. Dieks D., Phys. Lett. A, 92 (1982), 271
  40. Bouwmeester D. et al., Nature, 390 (1997), 575
  41. Boschi D. et al., Phys. Rev. Lett., 80 (1998), 1121
  42. Preskill J., Quantum Information and Computation, Lecture Notes for Physics, 229, California Institution of Technology, Pasadena, CA, 1998
  43. Coecke B., Contemp. Phys., 51 (2010), 59
  44. Laforest M., Baugh J., Laflamme R., Phys. Rev. A, 73 (2006), 032323
  45. Jennewein T. et al., Phys. Rev. Lett., 88 (2001), 017903
  46. Megidish E. et al., Phys. Rev. Lett., 110 (2013), 210403
  47. Lloyd S. et al., Phys. Rev. D, 84 (2011), 025007
  48. Lloyd S. et al., Phys. Rev. Lett., 106 (2011), 040403
  49. Korotaev S. M., Kiktenko E. O., Phys. Scr., 90 (2015), 085101
  50. Kiktenko E. O., Phys. Rev. A, 107 (2023), 032419
  51. Hoke J. C. et al. (Google Quantum AI and Collab.), Nature, 622 (2023), 481
  52. Kiktenko E. O., Popov A. A., Fedorov A. K., Phys. Rev. A, 93 (2016), 062305
  53. Julsgaard B., Kozhekin A., Polzik E. S., Nature, 413 (2001), 400
  54. Sherson J. et al., Physica B, 41 (2008), 223001
  55. Brassard G. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 95 (1998), 11032
  56. Arute F. et al., Nature, 574 (2019), 505
  57. Wu Y. et al., Phys. Rev. Lett., 127 (2021), 180501
  58. Xue X. et al., Nature, 601 (2022), 343
  59. Madzik M. T. et al., Nature, 601 (2022), 348
  60. Noiri A. et al., Nature, 601 (2022), 338
  61. Zhong H.-S. et al., Science, 370 (2020), 1460
  62. Madsen L. S. et al., Nature, 606 (2022), 75
  63. Ebadi S. et al., Nature, 595 (2021), 227
  64. Scholl P. et al., Nature, 595 (2021), 233
  65. Henriet L. et al., Quantum, 4 (2020), 327
  66. Graham T. M. et al., Nature, 604 (2022), 457
  67. Zhang J. et al., Nature, 551 (2017), 601
  68. Blatt R., Roos C. F., Nat. Phys., 8 (2012), 277
  69. Hempel C. et al., Phys. Rev. X, 8 (2018), 031022
  70. Pino J. M. et al., Nature, 592 (2021), 209
  71. Заливако И. В. и др., Письма в ЖЭТФ, 114 (2021), 53
  72. Семенин Н. В. и др., Письма в ЖЭТФ, 114 (2021), 553
  73. Aksenov M. A. et al., Phys. Rev. A, 107 (2023), 052612
  74. Беседин И. С. и др., Квантовая электроника, 48 (2018), 880
  75. Moskalenko I. N. et al., npj Quantum Inf., 8 (2022), 130
  76. Gerasimov L. V. et al., Coupled dynamics of spin qubits in optical dipole microtraps
  77. Samoylenko S. R. et al., Laser Phys. Lett., 17 (2020), 025203
  78. Borzenkova O. V. et al., Appl. Phys. Lett., 118 (2021), 144002
  79. Skryabin N. N. et al., Appl. Phys. Lett., 122 (2023), 121102
  80. Wang V. et al., Front. Phys., 8 (2020), 479
  81. Kiktenko E. O. et al., Phys. Rev. A, 91 (2015), 042312
  82. Kiktenko E. O. et al., Phys. Rev. A, 101 (2020), 022304
  83. Nikolaeva A. S., Kiktenko E. O., Fedorov A. K., Efficient realization of quantum algorithms with qudits
  84. Bennett C. H., Brassard G., Proc. of IEEE Intern. Conf. on Computers, Systems, and Signal Processing (Bangalore, India, 10-12 December 1984), 175
  85. Ekert A. K., Phys. Rev. Lett., 67 (1991), 661
  86. Diamanti E. et al., npj Quantum Inf., 2 (2016), 16025
  87. Wang S. et al., Nat. Photon., 16 (2022), 154
  88. Gol'tsman G. N. et al., Appl. Phys. Lett., 79 (2001), 705
  89. Liao Sh.-K. et al., Phys. Rev. Lett., 120 (2018), 030501
  90. Liao Sh.-K. et al., Nature, 549 (2017), 43
  91. Ren J.-G. et al., Nature, 549 (2017), 70
  92. Lu Ch.-Y. et al., Rev. Mod. Phys., 94 (2022), 035001
  93. Sangouard N. et al., Rev. Mod. Phys., 83 (2011), 33
  94. Bhaskar M. K. et al., Nature, 580 (2020), 60
  95. Brennen G., Giacobino E., Simon C., New J. Phys., 17 (2015), 050201
  96. Lvovsky A. I., Sanders B. C., Tittel W., Nat. Photon., 3 (2009), 706
  97. Rosenfeld W. J. et al., Phys. Rev. Lett., 98 (2007), 050504
  98. Vittorini G. et al., Phys. Rev. A, 90 (2014), 040302
  99. Wang P. et al., Nat. Commun., 12 (2021), 233
  100. Hausmann B. J. M. et al., Science, 354 (2016), 847
  101. Neeley M. et al., Nat. Phys., 4 (2008), 523
  102. Matanin A. R. et al., Phys. Rev. Appl., 19 (2023), 034011
  103. Kalachev A., Phys. Rev. A, 78 (2008), 043812
  104. Pironio S. et al., Nature, 464 (2010), 1021
  105. Acin A., Masanes L., Nature, 540 (2016), 213
  106. Bierhorst P. et al., Nature, 556 (2018), 223
  107. Drahi D. et al., Phys. Rev. X, 10 (2020), 041048
  108. Ma X. et al., npj Quantum Inf., 2 (2016), 16021
  109. Leibfried D. et al., Science, 304 (2004), 1476
  110. Kessler E. M. et al., Phys. Rev. Lett., 112 (2014), 190403
  111. Komar P. et al., Nat. Phys., 10 (2014), 582
  112. Kimble H. J., Nature, 453 (2008), 1023
  113. Monroe C. R., Schoelkopf R. J., Lukin M. D., Sci. Am., 314:5 (2016), 50
  114. Moehring D. L. et al., Nature, 449 (2007), 68
  115. Stephenson L. J. et al., Phys. Rev. Lett., 124 (2020), 110501
  116. Krutyanskiy V. et al., Phys. Rev. Lett., 130 (2023), 050803
  117. Hofmann J. et al., Science, 337 (2012), 72
  118. Rosenfeld W. et al., Phys. Rev. Lett., 119 (2017), 010402
  119. van Leent T. et al., Nature, 607 (2022), 69
  120. Zurel M., Okay C., Raussendorf R., Phys. Rev. Lett., 125 (2020), 260404

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».