Encrypted quantum information and communication, how are the pioneering studies of the 2022 Nobel Prize in Physics

Alain Aspect works at the University of Paris-Saclay and at the École Polytechnique de Palaiseau, in France.  John F. Clauser directs his own investigation center, Clauser & Assoc, in California, and Anton Zeilinger investigates at the University of Vienna, Austria (Reuters)
Alain Aspect works at the University of Paris-Saclay and at the École Polytechnique de Palaiseau, in France. John F. Clauser directs his own investigation center, Clauser & Assoc, in California, and Anton Zeilinger investigates at the University of Vienna, Austria (Reuters)

Los científicos Alain Aspect (France), John F. Clauser (EEUU) and Anton Zeilingier (Austria) they were distinguished with him Nobel Prize in Physics 2022 por la Real Academia de Ciencias de Suecia por sus pioneras investigations sobre el poder de la quantum mechanicsque han despejado el camino para new technologies based on quantum information.

El Karolinska Institute en Estocolmo indicó que los ganadores “llevaron a cabo experimentos innovatores utilizando estados quanticos entrelazados”. El premio fue concedido “por los experimentos con photones enredados, estableciendo la violation de las Bell’s inequality y siendo pioneros en la ciencia de la quantum information“.

El trabajo de los tres físicos se ha centrado en explorar cómo interactúan dos particles, comportándose como una sola unidad, incluso cuando están muy separadas. El phenomenó fue apodado como “fantasmagórica action a distance” por Albert Einstein.

“Los efectos ineffables de la mecánica quántica están comenzaando a encontrar aplicaciones. Ahora existe un gran campo de investigation que incluede quantum computers, quantum networks y communication segura quantum cipher“, detalló el jurado.

Los resultados de las researches de los premiados
Los results de las researches de los premiados “ha despejado el camino para nuevas technologías basadas en información quántica”, indicated the jury of the Swedish Academy (illustration: Real Swedish Academy of Sciences)

El trabajo de los laureados se basa en las investigação del Physicist John Stewart Bell, a scientist who developed the concept of mathematical inequality in the 1960s. This establishes that if there are hidden variables, the correlation between the results of a large number of measurements will never exceed a certain value. However, quantum mechanics predicts that a certain type of experiment will violate Bell’s inequality, lo que resultará en una correlación más fuerte de lo que sería posible de otro modo, destacaron los integrantes de la academia sueca.

According to quantum mechanics, las particles pueden existir simultanemente en dos o más lugares. No adquieren propiedades formales hasta que se miden u observan de alguna manera. In 1972, the American Clauser. Cuando midió las polarizations de los pares de photones, they showed a correlation, demonstrating that a principle called desigualdad de Bell had been violated and that the pairs of photones were interlazados or acting en conjunto.

The investigation was resumed 10 years later by the French Aspect, his team at the University of Paris. Luego, en 1998, el austriaco Zeilingerdirigió otro experimento que consideraba el entrelazamiento entre tres o más particles.

El físico Anton Zeilinger
The physicist Anton Zeilinger “has demonstrated the phenomenon of quantum teletransportation, which makes it possible to move a quantum state from one particle to another at a distance”, summarized the Swedish Academy

The Austrian Anton Zeilinger is a pioneer in practical advances in quantum physics and is one of the most well-known scientists in his country. The teletransportation of information from one bank to the other of the Danube canal or a record in the distance of the transfer -144 kilometers- of interlaced photons to transmit data without connection between the islands of La Palma and Tenerife, in Spain, son algunos de los experimentos que han given fama a este físico de 77 años.

With his messy hair and white beard, Zeilinger became a media figure in Austria and the press gave him bombastic nicknames like “el papa cuántico”, “el hechicero de Viena” or “Mr. beam” (for the teletransport technology -“beaming”- which is used in the Star Trek series).

“This prize is an incentive for young people: the prize would not be possible without more than 100 young people who worked with me over the years,” he said this morning after announcing the prize.

Al contrario que en la física clásica, donde los phenomenos y los objetos tienen propiedades fijas, en la física cuántica estas propiedades pueden tener multiple values, aunque resulte paradójico.

John Clauser construyó un instrumento que emitía dos photones interlazados a la vez, cada uno hacia un filtro que probaba su polarization.  El resultado fue una clara violation de una desigualdad de Bell y estuvo de acuerdo con las predicciones de la mecánica quántica
John Clauser construyó un instrumento que emitía dos photones interlazados a la vez, cada uno hacia un filtro que probaba su polarization. El resultado fue una clara violation de una desigualdad de Bell y estuvo de acuerdo con las predicciones de la mecánica quántica

De esta forma, la física cuántica es un universo de ideas tan disconcertantes como seductoras, tan contrarias al sentido común habitual y tan lejanas a lo cotidiano, que parecen casi magic. En este entorno -de particles entrelazadas, sistemas que collapsan al observarlos, o información que se teletransporta- es donde Zeilinger ha desarrollado la mayor parte de su carrera.

One of the most famous experiments Zeilinger tuvo lugar en 1997, cuando consiguió teletransportar particles de luz. At that moment, the phenomenon was compared to technology Star Trekaunque en realidad se trataba de transmitting information, no materia.

This was possible thanks to a known property of quantum physics.entrelazamiento”, mentioned by Albert Einstein, y que según la cual two or more particles generated in specific conditions can be connected in such a way that the changes in one of them are reflected in othersregardless of the distance that separates them.

The study of interlazamiento, in which Zeilinger has been a pioneer, is the basis of a large part of the technological developments related to the transmission of secure information that now occupies scientists all over the world, such as the crypto language or the quantum internet.

El físico Alain Aspect
Physicist Alain Aspect “pudo cambiar la configuration de measurement después de que un par interlazado había dejado su fuente, por lo que la configuration que existía cuando se emitieron no podía afectar al resultado”, dijo el juror de los Nobel Prizes

The first quantum communication satellite in history, Micius, was put into orbit in the middle of the last decade by a team of Chinese scientists led by a disciple of Zeilinger.

Desde entonces, los avances han sido constantes, culminando en la primera transmission de larga distancia de un mensaje completamente seguro (esto es, que no se puede interceptar), en junio de 2020. Esta seguridad total, que se deriva de las leyes de la mecánica quantica que rigen las particles subatómicas que conforman nuestro universo, descansa sobre la premise de que no se puede observar un objeto sin modificarlo.

Esta premise es lo que permitió a Zeilinger realized the first quantitatively encrypted video call with a Chinese scientist in Beijing, using the Micius satellite. Both received quantum keys that, in the case of having been intercepted by an external observer, they had varied, alerting the scientists that the connection was not secure.

This technology could be used by financial entities, governments or institutions in the near future to exchange data in absolutely safe form.

Today, Alain Aspect is working Universidad Paris-Saclay y en la École Polytechnique de Palaiseau, in France. John F. Clauser directs his own research center, Clauser & Assoc, in Walnut Creek, California. Por último, Anton Zeilinger investiga en la University of ViennaAustria.

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