The Gedankenexperimente of quantum mechanics become reality: On the 2012 Nobel Prize in Physics, awarded to Serge Haroche and David J. Wineland

摘要

The development of quantum mechanics at the beginning of the 20th century constituted one of the greatest revolutions in the theoretical and experimental sciences as well as in philosophy, completely transforming the way we understand the world at both micro- and macroscales. In fact, as its founders pointed out, quantum mechanics is strongly counterintuitive to our classical way of thinking. To overcome this limitation, Erwin Schroedinger and Albert Einstein, among others, proposed a series of idealized experiments to illustrate the paradoxical behavior of quantum mechanics, with the best known being "Schroedinger's cat" and the "EPR paradox"(Einstein-Podolsky-Rosen paradox). These thought experiments, referred to by the German Gedankenexperimente, made use of the superposition principle and the entanglement of quantum systems to show the strange properties of quantum mechanics. However, they were somehow ridiculous proposals since, as indicated by Schroedinger himself, we would never be able to manipulate individual particles. The 2012 Nobel Prize in Physics was awarded to Serge Haroche and David J. Wineland, who, with extremely sophisticated experimental devices, are able to trap and manipulate individual photons and ions, respectively, thus allowing the Gedankenexperimente proposed at the beginning of quantum mechanics to become reality. In addition, these experiments set the foundations for a new field of research, quantum information science, and for the development of new applications, such as atomic clocks with unprecedented accuracy. These developments have signaled the beginning of a second quantum revolution.%El desenvolupament de la mecànica quàntica a principis del segle xx va constituir una de les més grans revolucions tant en les ciències experimentais i en les ciències exactes com en la filosofia, i va modificar completament la manera d'entendre el món tant a nivell microscòpic com macroscòpic. De fet, tal com varen fer notar els seus fundadors, la mecànica quàntica és força contradictòria respecte a la nostra forma clàssica de pensar. Per superar aquesta limitació, Erwin Schrödinger i Albert Einstein, entre d'altres, van proposar una sèrie d'experiments ideals que mostraven el comportament paradoxal de la mecànica quàntica, entre els quais l'anomenat «gat de Schrödinger» i la «paradoxa EPR» (o paradoxa Einstein-Podolsky-Rosen) són els més coneguts. Aquestes propostes experimentais, que es coneixen amb el nom alemany de Gedankenexperimente (experiments mentals), feien ús del principi de superposició i de l'entrellaçament dels sistemes quàntics per mostrar les estranyes propietats de la mecànica quàntica. Tanmateix, com va indicar el mateix Schrödinger, es tractava de propostes ridícules perquè mai aconseguiríem manipular partícules individuals. El Premi Nobel de Física 2012 ha estat atorgat a Serge Haroche i David J. Wineland, que van ser capaços, mitjançant sofisticats dispositius expérimentais, d'atrapar i manipular fotons i ions individuals, respectivament, tot fent realitat els Gedankenexperimente proposais ais inicis de la mecànica quàntica. A més, aquells experiments van establir les bases per a un nou camp de recerca, la ciència de la informació quàntica, i per al desenvolupament de noves aplicacions com ara la construcció de rellotges atòmics de precisió anteriorment mai assolida. Aquests desenvolupaments han marcat l'inici de l'anomenada segona revolució quàntica.