Джон Клаузер

Джон Клаузер — американский физик-экспериментатор, лауреат Нобелевской премии по физике 2022 года. Известен прежде всего своими пионерскими работами по проверке неравенств Белла, которые стали экспериментальным обоснованием квантовой механики и подтвердили нелокальность квантовых корреляций. Клаузер внес значительный вклад в развитие квантовой оптики, создав первый в мире квантовый логический элемент (вентиль) и продемонстрировав квантовую телепортацию.

Ранние годы и образование

Джон Фрэнсис Клаузер родился 1 декабря 1942 года в Пасадене, штат Калифорния, США. Его отец, Джон Клаузер-старший, был инженером-электриком, а мать, Элизабет, — домохозяйкой. Интерес к физике проявился у Клаузера еще в детстве, когда он собирал радиоприемники и экспериментировал с электрическими цепями.

В 1964 году Клаузер получил степень бакалавра наук по физике в Калифорнийском технологическом институте (Калтех). Затем он продолжил обучение в Колумбийском университете, где в 1969 году защитил докторскую диссертацию (Ph.D.) по физике. Тема его диссертации была связана с экспериментальной проверкой квантовой теории, что впоследствии определило всю его научную карьеру.

Научная карьера

Экспериментальная проверка неравенств Белла

Основной вклад Клаузера в физику заключается в экспериментальной проверке так называемых неравенств Белла, сформулированных в 1964 году ирландским физиком Джоном Стюартом Беллом. Неравенства Белла представляют собой математические соотношения, которые позволяют отличить предсказания квантовой механики от предсказаний теорий со скрытыми параметрами, основанных на принципе локального реализма.

В 1969 году, еще будучи аспирантом, Клаузер совместно с Майклом Хорном, Абнером Шимони и Ричардом Холтом (CHSH) разработал модифицированное неравенство Белла, известное как неравенство CHSH. Это неравенство стало практическим инструментом для проведения экспериментов.

В 1972 году, работая в Калифорнийском университете в Беркли, Клаузер совместно со Стюартом Фридманом провел первый экспериментальный тест неравенств Белла. В эксперименте использовались запутанные фотоны, испускаемые атомами кальция, возбужденными лазером. Результаты эксперимента показали нарушение неравенства CHSH, что подтвердило предсказания квантовой механики и опровергло теории локального реализма. Этот эксперимент считается одним из ключевых в истории квантовой физики.

Квантовая оптика и квантовая информатика

После работы в Беркли Клаузер перешел в Лабораторию Лоуренса в Ливерморе, где продолжил исследования в области квантовой оптики. В 1974 году он совместно с Джоном Кимблом и другими коллегами впервые продемонстрировал квантовую телепортацию, хотя этот термин еще не использовался. В 1980-х годах Клаузер работал в компании «Laser Power Optics» и в частном исследовательском институте «Physics and Astronomy Laboratory» (PAL), где занимался разработкой лазерных систем и оптических приборов.

В 1990-х годах Клаузер вернулся к фундаментальным исследованиям, сосредоточившись на создании квантовых логических элементов. В 1998 году он совместно с коллегами из Университета Калифорнии в Санта-Барбаре продемонстрировал первый в мире квантовый вентиль CNOT (Controlled-NOT), работающий на фотонах. Этот элемент является ключевым для построения квантовых компьютеров.

Нобелевская премия

В 2022 году Джон Клаузер был удостоен Нобелевской премии по физике совместно с Аленом Аспе и Антоном Цайлингером «за эксперименты с запутанными фотонами, установление нарушения неравенств Белла и пионерские работы в области квантовой информатики». Клаузер получил половину премии, а Аспе и Цайлингер — вторую половину. Нобелевский комитет отметил, что работы Клаузера заложили основу для развития квантовых технологий, таких как квантовые компьютеры, квантовая криптография и квантовая телепортация.

Основные достижения

• Экспериментальная проверка неравенств Белла: В 1972 году совместно со Стюартом Фридманом провел первый эксперимент, подтвердивший нарушение неравенств CHSH, что доказало нелокальность квантовой механики.
• Разработка неравенства CHSH: В 1969 году совместно с Майклом Хорном, Абнером Шимони и Ричардом Холтом разработал модифицированное неравенство Белла, ставшее стандартным инструментом для экспериментальных проверок.
• Демонстрация квантовой телепортации: В 1974 году впервые экспериментально продемонстрировал квантовую телепортацию (хотя термин появился позже).
• Создание первого квантового вентиля CNOT: В 1998 году совместно с коллегами продемонстрировал первый работающий квантовый вентиль CNOT на фотонах.
• Нобелевская премия по физике (2022): Присуждена за пионерские работы в области квантовой информатики и экспериментальное подтверждение нелокальности квантовой механики.

Критика и признание

Работы Клаузера, как и других пионеров квантовой механики, неоднократно подвергались критике со стороны сторонников теорий со скрытыми параметрами. Однако все экспериментальные проверки, включая более поздние и точные эксперименты Алена Аспе и Антона Цайлингера, неизменно подтверждали предсказания квантовой механики. Клаузер является членом Американского физического общества и Американской ассоциации содействия развитию науки. В 2010 году он был награжден медалью Вольфа по физике (совместно с Аленом Аспе и Антоном Цайлингером).

Личная жизнь

Джон Клаузер женат на физике-экспериментаторе Линде Клаузер. У них двое детей. В свободное время Клаузер увлекается фотографией, астрономией и коллекционированием старинных научных приборов.

Источники

• John F. Clauser. Nobel Prize in Physics 2022. NobelPrize.org.
• Clauser, J. F.; Horne, M. A.; Shimony, A.; Holt, R. A. (1969). "Proposed Experiment to Test Local Hidden-Variable Theories". Physical Review Letters.
• Freedman, S. J.; Clauser, J. F. (1972). "Experimental Test of Local Hidden-Variable Theories". Physical Review Letters.
• Aspect, A.; Grangier, P.; Roger, G. (1982). "Experimental Realization of Einstein-Podolsky-Rosen-Bohm Gedankenexperiment: A New Violation of Bell's Inequalities". Physical Review Letters.
• Zeilinger, A. (1999). "Experiment and the foundations of quantum physics". Reviews of Modern Physics.
• O'Brien, J. L.; Pryde, G. J.; White, A. G.; Ralph, T. C.; Branning, D. (2003). "Demonstration of an all-optical quantum controlled-NOT gate". Nature.