Антон Цайлингер

Антон Цайлингер (нем. Anton Zeilinger; род. 20 мая 1945, Рид-им-Иннкрайс, Австрия) — австрийский физик-экспериментатор, специалист в области квантовой физики и квантовой информации. Лауреат Нобелевской премии по физике 2022 года (совместно с Аленом Аспе и Джоном Клаузером) «за эксперименты с запутанными фотонами, установление нарушения неравенств Белла и пионерские работы в области квантовой информатики». Профессор Венского университета, почётный президент Австрийской академии наук.

Биография

Ранние годы и образование

Антон Цайлингер родился в 1945 году в городе Рид-им-Иннкрайс (земля Верхняя Австрия). Его отец был инженером-электриком. В 1963 году Цайлингер поступил в Венский университет, где изучал физику и математику. В 1971 году он получил докторскую степень (Dr. phil.) за диссертацию по нейтронной физике, выполненную под руководством профессора Хельмута Рауха. В 1972 году он продолжил исследования в Институте Лауэ — Ланжевена в Гренобле (Франция), где занимался нейтронной интерферометрией.

Научная карьера

С 1979 по 1983 год Цайлингер работал в Массачусетском технологическом институте (США) и в Институте атомной и субатомной физики Венского технического университета. В 1983 году он получил степень хабилитированного доктора (venia legendi) в Венском техническом университете. В 1990 году он стал профессором экспериментальной физики в Университете Инсбрука, где основал группу по квантовой оптике и квантовой информации.

В 1999 году Цайлингер вернулся в Венский университет, где возглавил Институт экспериментальной физики. С 2004 по 2013 год он также являлся директором Института квантовой оптики и квантовой информации Австрийской академии наук (IQOQI). В 2013 году он был избран президентом Австрийской академии наук, занимал этот пост до 2022 года.

Научные достижения

Эксперименты по нарушению неравенств Белла

Цайлингер известен серией экспериментов, демонстрирующих квантовую запутанность и нарушение неравенств Белла. В 1997 году его группа впервые осуществила квантовую телепортацию — передачу квантового состояния частицы на расстояние с помощью запутанной пары фотонов. Этот эксперимент, опубликованный в журнале Nature, считается одним из ключевых прорывов в квантовой информатике.

В 1998 году группа Цайлингера провела эксперимент, в котором нарушение неравенств Белла было продемонстрировано с высокой статистической значимостью (более 30 стандартных отклонений). В 2007 году они осуществили квантовую телепортацию между фотонами, разделёнными расстоянием 600 метров, а в 2012 году — между фотонами на расстоянии 143 километра (между островами Пальма и Тенерифе, Канарские острова).

Квантовая телепортация и квантовая криптография

Цайлингер внёс значительный вклад в развитие квантовой телепортации и квантовой криптографии. В 2004 году его группа впервые продемонстрировала квантовую телепортацию между разными лабораториями, используя оптическое волокно. В 2010 году они реализовали квантовое распределение ключей на расстояние 144 километра, что стало рекордом для того времени.

Квантовая оптика и интерферометрия

В 1990-х годах Цайлингер разработал методы квантовой интерферометрии с использованием запутанных фотонов. В 1995 году его группа впервые продемонстрировала квантовое удаление стирания (quantum eraser) — эффект, при котором информация о пути фотона может быть удалена, восстанавливая интерференционную картину. В 1999 году они показали возможность квантовой томографии — восстановления полного квантового состояния системы.

Квантовые вычисления и квантовые симуляторы

Цайлингер активно работал над созданием квантовых вычислительных устройств. В 2005 году его группа продемонстрировала квантовый вентиль CNOT на основе запутанных фотонов. В 2008 году они реализовали квантовый алгоритм Шора для факторизации числа 15. В 2012 году группа Цайлингера создала квантовый симулятор, способный моделировать поведение многочастичных квантовых систем.

Квантовая телепортация в космосе (спутник «Мо-Цзы»)

Цайлингер участвовал в международном проекте по квантовой телепортации с использованием китайского спутника «Мо-Цзы» (Micius), запущенного в 2016 году. В 2017 году его группа совместно с китайскими учёными осуществила квантовую телепортацию между наземной станцией в Тибете и спутником на орбите (расстояние около 500 км). В 2020 году они провели эксперимент по квантовому распределению ключей между спутником и двумя наземными станциями, удалёнными друг от друга на 1120 км.

Награды и признание

• 2005 — Премия Вольфа по физике (совместно с Аленом Аспе и Джоном Клаузером) «за фундаментальные эксперименты по квантовой запутанности».
• 2008 — Медаль Исаака Ньютона (Институт физики, Великобритания).
• 2010 — Премия короля Фейсала (Саудовская Аравия).
• 2013 — Орден «За заслуги перед Федеративной Республикой Германия» (степень командора).
• 2014 — Премия по квантовой информатике (IEEE).
• 2022 — Нобелевская премия по физике (совместно с Аленом Аспе и Джоном Клаузером).
• 2023 — Орден «За заслуги перед Австрийской Республикой» (Большая золотая медаль).

Цайлингер является членом многих академий наук, включая Австрийскую академию наук (с 1995), Немецкую академию естествоиспытателей «Леопольдина» (с 2006), Американское физическое общество (с 2009), Лондонское королевское общество (иностранный член, с 2015).

Общественная и научно-организационная деятельность

Цайлингер активно выступает за популяризацию науки. Он является автором научно-популярной книги «Долой квантовую запутанность?» (нем. «Einsteins Spuk: Teleportation und andere Rätsel der Quantenphysik», 2005), переведённой на многие языки. Он также регулярно даёт интервью и участвует в телевизионных программах, посвящённых квантовой физике.

В 2014 году Цайлингер был избран президентом Австрийской академии наук. На этом посту он инициировал реформы, направленные на повышение эффективности научных исследований и укрепление международного сотрудничества. В 2018 году он был переизбран на второй срок.

Критика и споры

В 2015 году Цайлингер подвергся критике за использование экспериментальных данных, полученных в ходе проекта «Квантовая телепортация в космосе», в котором участвовал китайский спутник «Мо-Цзы». Некоторые учёные выразили сомнение в достоверности результатов, однако последующие независимые проверки подтвердили их корректность.

В 2022 году, после присуждения Нобелевской премии, Цайлингер столкнулся с критикой со стороны некоторых российских СМИ, которые обвинили его в «политизации науки» из-за его высказываний о ситуации в Украине. Цайлингер, в свою очередь, заявил, что его заявления были направлены на поддержку научного сообщества, а не на политические цели.

Интересные факты

• Цайлингер является страстным коллекционером произведений искусства, связанных с наукой. В его коллекции находятся картины, скульптуры и инсталляции, вдохновлённые квантовой физикой.
• В 2013 году он участвовал в создании квантовой криптографической системы для защиты выборов в Австрии.
• Цайлингер — один из первых учёных, предложивших использовать квантовую телепортацию для создания глобальной квантовой сети связи.

Источники

• Zeilinger, A. (1999). «Experiment and the foundations of quantum physics». Reviews of Modern Physics, 71(2), S288.
• Bouwmeester, D., Pan, J. W., Mattle, K., Eibl, M., Weinfurter, H., & Zeilinger, A. (1997). «Experimental quantum teleportation». Nature, 390(6660), 575–579.
• Ursin, R., Jennewein, T., & Zeilinger, A. (2004). «Quantum teleportation across the Danube». Nature, 430(7002), 849–850.
• Ren, J. G., Xu, P., Yong, H. L., Zhang, L., Liao, S. K., Yin, J., ... & Pan, J. W. (2017). «Ground-to-satellite quantum teleportation». Nature, 549(7670), 70–73.
• Nobel Prize Press Release (2022). «The Nobel Prize in Physics 2022». Nobel Foundation.
• Австрийская академия наук. «Anton Zeilinger». Официальный сайт.