Alumno de Caltech gana el Premio Nobel de Física

El ex alumno de Caltech John Clauser (BS ’64) recibió el Premio Nobel de Física 2022, junto con Alain Aspect de la Université Paris-Saclay y École Polytechnique, Palaiseau, Francia, y Anton Zeilinger de la Universidad de Viena, Austria, “por experimentos con fotones entrelazados, estableciendo la violación de las desigualdades de Bell y siendo pioneros en la ciencia de la información cuántica”, según la mención del premio.

El entrelazamiento, presentado por primera vez como un experimento mental por Albert Einstein y otros científicos en la década de 1930, ocurre cuando dos partículas, como fotones o electrones, permanecen conectadas o correlacionadas, incluso cuando están separadas por grandes distancias. Es bien sabido que Einstein no creía en el fenómeno al principio, llamándolo “acción espeluznante a distancia”, porque las partículas parecían comunicarse más rápido que la velocidad de la luz, en violación de su teoría especial de la relatividad.

Clauser y el difunto Stuart Freedman fueron los primeros en demostrar experimentalmente que el enredo no era “espeluznante” después de todo, sino real. En 1972, mientras Clauser era investigador postdoctoral en UC Berkeley y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, y Freedman era estudiante de posgrado, los dos tomaron prestado equipo de otros y buscaron otras partes para armar un experimento en un laboratorio subterráneo en Berkeley. Finalmente, Clauser pasó a realizar tres experimentos más por su cuenta, todos demostrando, sorprendentemente, que el enredo era un aspecto fundamental de la naturaleza.

“Me estaba divirtiendo mucho haciendo física experimental muy desafiante con aparatos que construí principalmente usando restos del departamento de física”, dijo Clauser en una sesión de preguntas y respuestas reciente en el sitio web de Caltech. “Antes de que Stu Freedman y yo hiciéramos el primer experimento, personalmente también pensé que la física de variables ocultas de Einstein podría ser correcta y, si lo es, quería descubrirla. … Me entristeció mucho ver que mi propio experimento había demostrado que Einstein estaba equivocado”, dijo. Las teorías de variables ocultas, inspiradas por Einstein, junto con Boris Podolsky y Nathan Rosen, argumentaron que el fenómeno del entrelazamiento puede ser una ilusión, en la que estaban en juego variables ocultas a nuestro conocimiento.

“Las contribuciones de Clauser fueron la semilla a partir de la cual ha crecido todo un campo de la física”, dice Carver Mead (BS ’56, MS ’57, PhD ’60), profesor emérito de ingeniería y ciencias aplicadas de Gordon and Betty Moore en Caltech. , refiriéndose a las aplicaciones de entrelazamiento a la criptografía cuántica, la computación cuántica, la ciencia de la información cuántica y más.

Los experimentos de Clauser se basaron en una regla llamada desigualdad de Clauser-Horne-Shimony-Holt (CHSH). Mientras era estudiante de posgrado en la Universidad de Columbia en 1969, Clauser se asoció con Michael Horne, Abner Shimony y Richard Holt para desarrollar aún más las ideas presentadas por primera vez por el difunto John Stewart Bell del CERN. A Bell se le ocurrió una forma inteligente de probar, en teoría, si el entrelazamiento incluía variables ocultas como postuló Einstein o si era el resultado de un vínculo desconcertante entre partículas en el espacio. La desigualdad CHSH tomó las ideas de Bell y las hizo más accesibles a las pruebas experimentales.

John Preskill, profesor Richard P. Feynman de física teórica de Caltech y presidente de liderazgo Allen V. C. Davis y Lenabelle Davis del Instituto de Información Cuántica y Materia (IQIM), explica el teorema de Bell de la siguiente manera: “En la década de 1960, John Bell describió un juego jugado por dos partes, llamémoslos Alice y Bob, de modo que si juegan la mejor estrategia posible, Alice y Bob pueden ganar el juego con una mayor probabilidad de éxito si comparten qubits entrelazados [bits de información cuántica] en comparación con cuando comparten sólo fragmentos clásicos. El trabajo de Bell destacó que el entrelazamiento cuántico puede ser un recurso útil, permitiéndonos manipular la información de formas más poderosas de lo que sería posible en un mundo descrito por la física clásica en lugar de la física cuántica”.

“John Clauser fue uno de los primeros en apreciar las profundas implicaciones del trabajo de Bell”,
dice Preskill. “Con Freedman, Clauser hizo el primer experimento que confirmó que Alice y Bob realmente pueden ganar el juego de Bell con la mayor probabilidad de éxito que permite la física cuántica”.

El trabajo de Clauser, Aspect y Zeilinger tiene implicaciones de gran alcance para las tecnologías del futuro. “Se ha vuelto cada vez más claro que está surgiendo un nuevo tipo de tecnología cuántica. Podemos ver que el trabajo de los laureados con los estados entrelazados es de gran importancia, incluso más allá de las cuestiones fundamentales sobre la interpretación de la mecánica cuántica”, dijo Anders Irbäck, presidente del Comité Nobel de Física en el comunicado de prensa del Premio Nobel.

Después de una conferencia de 1972 en la que Clauser presentó por primera vez sus resultados experimentales, el difunto físico Ed Jaynes escribió: “Lo que parece reducirse a esto es: un perfectamente h

Un hecho experimental que parece inerme… que equivale a determinar un único punto experimental, y con una medición estadística de precisión estadística poco impresionante, puede, de un solo golpe, descartar toda una clase infinita de teorías alternativas de la electrodinámica, a saber, todas las teorías causales locales. … [E]sto seguramente será recordado como uno de los logros intelectuales más increíbles en la historia de la ciencia”.

Clauser nació en Pasadena en 1942. Obtuvo su licenciatura en Caltech en 1964 y su doctorado en la Universidad de Columbia en 1969. Su familia tiene muchos lazos con Caltech. Su padre, Francis H. Clauser, y el hermano de su padre, Milton U. Clauser, eran estudiantes de doctorado en Caltech con Theodore von Kármán. El hijo de Milton U. Clauser, Milton J. Clauser, y su nieto, Karl Clauser, fueron a Caltech. La madre de Clauser, Catharine McMillan Clauser, era la bibliotecaria de humanidades de Caltech, y su hermano, el ex alumno de Caltech, Edwin McMillan, ganó el Premio Nobel de Química en 1951.

Clauser, Aspect y Zeilinger también ganaron conjuntamente el Premio Wolf de Física en 2010.