Нобелевская премия по химии в 2023 году присуждена учёным из США Мунги Бавенди (Moungi G. Bawendi), Луису Брюсу (Louis E. Brus) и выходцу из СССР Алексею Екимову за открытие и разработку квантовых точек — наночастиц настолько малых, что их свойства определяются размерами.

Мунги Бавенди, Луис Брюс, Алексей Екимов (слева направо). Источник изображения: nobelprize.org

Квантовые точки, которые в Шведской королевской академии наук охарактеризовали как «мельчайшие компоненты нанотехнологий», — это полупроводниковые частицы размером в несколько нанометров. При возбуждении они способны к флуоресценции в широком диапазоне спектра. В силу небольшого размера этих точек их оптические свойства определяются квантовыми эффектами. Преимуществами квантовых точек являются яркость и высокая фотостабильность, то есть они не «выгорают» как флуоресцентные красители.

Квантовые точки используются в мониторах и телевизорах — они способствуют повышению качества изображения. Эти элементы применяются при производстве светодиодных ламп и в молекулярной медицине. Они также могут использоваться при создании нейросетей и квантовых компьютеров.

Алексей Екимов родился в СССР в 1945 году и окончил физический факультет Ленинградского государственного университета. В 1981 году он впервые получил квантовые точки из хлорида меди, будучи сотрудником Государственного оптического института имени Вавилова в Ленинграде. Он продемонстрировал, что излучаемый ими цвет зависит от их размера из-за квантовых эффектов. Уже долгое время господин Екимов является сотрудником американской компании Nanocrystals Technology.

Луис Брюс родился в США в 1943 году. В 1983 году он впервые получил коллоидный раствор квантовых точек. Мунги Бавенди родился во Франции в 1961 году. В 1993 году ему удалось усовершенствовать химическое производство квантовых точек и получить почти идеальные частицы. Учёный разработал технологию синтеза монодисперсных растворов квантовых точек заданного размера.

В 2023 году Нобелевская премия по физике присуждена Анн Л'Юилье (Anne L’Huillier), Ференцу Краусу (Ferenc Krausz) и Пьеру Агостини (Pierre Agostini) «за экспериментальные методы генерации аттосекундных импульсов света для изучения динамики электрона в материи».

Пьер Агостини, Ференц Краус и Анн Л'Юилье (слева направо). Источник изображения: nobelprize.org

Шведская королевская академия наук подчеркнула заслуги этих учёных в генерации коротких световых импульсов, которые помогут в изучении электронов — в этом масштабе события происходят за несколько десятых долей аттосекунды, или 10^-18 с. В одной секунде столько же аттосекунд, сколько секунд прошло с момента рождения Вселенной. Лауреатам удалось создать аттосекундные импульсы, которые помогут фиксировать изображения процессов внутри атомов и молекул — «открыть дверь в мир электронов», как выразилась глава нобелевского комитета по физике Ева Олссон (Eva Olsson). На практике эти импульсы окажутся полезными в электронике и медицине.

Анн Л'Юилье служит профессором физики в Лундском университете (Швеция). В 1987 году она открыла образование обертонов света при прохождении инфракрасного лазерного излучения через инертный газ — лазер сообщает электронам дополнительную энергию, которая излучается в виде света. В 2003 году это открытие помогло профессору сгенерировать рекордно короткий импульс продолжительностью 170 аттосекунд.

Пьер Агостини из университета штата Огайо (США) в 2001 году запустил серию импульсов продолжительностью по 250 аттосекунд. Ференц Краус, работающий в Мюнхенском университете имени Людвига и Максимилиана (ФРГ) сгенерировал и измерил первый в истории искусственный аттосекундный импульс, положивший начало аттофизике — его продолжительность составила 650 аттосекунд.

Нобелевский комитет присудил премию по физике 2022 года Алену Аспе (Alain Aspect), Джону Клаузеру (John F. Clauser) и Антону Цайлингеру (Anton Zeilinger). Исследуя нарушения неравенств Белла, они экспериментировали с запутанными фотонами и проводили работы по квантовой информатике. Церемония награждения состоится 10 декабря.

Источник изображения: nobelprize.org

Исследования всех трёх учёных касаются запутанных квантовых частиц и нарушений неравенств Белла. В шестидесятые годы прошлого века ирландский физик Джон Стюарт Белл (John Stewart Bell) сформулировал неравенства, позволяющие проверить, содержит ли квантово-механическая система скрытые параметры — их невозможно измерить экспериментально, но они влияют на результаты измерений других параметров системы. Если скрытые параметры существуют, то выполняется гипотеза локального реализма, и свойства объекта существуют до их измерения, а сам объект влияет только на своё локальное окружение. Неравенства Белла поддаются экспериментальной проверке — их выполнение и невыполнение дают разные вероятности состояний.

Американец Джон Клаузер в семидесятые годы экспериментально проверил выполнение неравенств Белла и доказал, что они нарушаются, то есть в квантовой механике нет скрытых параметров. Это означает, что её вероятностная природа не является следствием неполного описания.

В начале восьмидесятых французский учёный Аллен Аспе в рамках работы над докторской диссертацией развил идеи Клаузера и смог сделать так, чтобы начальные условия, при которых испускается пара запутанных фотонов, не оказывала влияния на результаты измерений. Аспе также доказал, что неравенства Белла не выполняются.

Наконец, австриец Антон Цайлингер впервые в 1997 году показал возможность квантовой телепортации с использованием запутанных фотонов, то есть изменения поляризационного состояния одной частицы при изменении состояния другой, которая находилась на расстоянии от исходной.