Наука и технологии России

Вход Регистрация

Квантовые лауреаты

Нобелевские премии нынешнего года присудили специалистам в области квантовой оптики, изучающей взаимодействие света и материи. Нобелиаты-2012 – француз Серж Арош и американец Дэвид Вайнленд.

Серж_Арош Серж Арош

Справка STRF.ru:
Серж Арош – профессор, заведующий кафедрой квантовой механики Collège de France, профессор École Normale Supérieure. Родился в Касабланке (Марокко) в 1944 году.

Дэвид Вайнленд – сотрудник Национального института стандартов и технологий и Колорадского университета в Боулдере (США). Родился в 1944 году в штате Висконсин

Дэвид_Вайнленд Дэвид Вайнленд

Их исследования уже привели к созданию часов, в сто раз превосходящих по точности атомные цезиевые аналоги. В перспективе труды учёных могут быть полезны при создании квантовых компьютеров в миллионы раз мощнее нынешних. «Квантовый компьютер изменит повседневную жизнь человечества в XXI веке столь же радикально, как обычный компьютер в XX веке», – уверены в Шведской академии наук.

Комментирует Николай Колачевский, член-корреспондент РАН, ведущий научный сотрудник лаборатории оптики активных сред Физического института им. П.Н. Лебедева РАН:

– Я рад, что очередной раз дали Нобелевскую премию за исследования в области квантовой оптики. Это случается с регулярностью примерно раз в пять лет и указывает на то, что направление яркое и развивается активно. В 2005 году Нобелевскую премию получил Рой Глаубер, профессор Гарвардского университета, за вклад в квантовую теорию оптической когерентности.

Фундаментальная основа методов, которые использовали оба лауреата, была известна, но реализация этих методов – их личная заслуга. Можно сказать, что лауреаты объединены тематикой квантовых вычислений, работами в области квантового компьютинга. Оба они интересовались процессами, происходящими при взаимодействии квантовых систем, декогерентностью, перепутыванием, взаимодействием с фотонами и так далее. Самое яркое из возможных применений их исследований – реализация квантового вычислителя. Может быть, рано или поздно человечество его создаст.

Арошу удалось выполнить целый ряд ярких экспериментов, позволивших ответить на вопрос, как одна квантовая система преобразуется в другую буквально в реальном времени. Вайнленд создал несколько прототипов квантовых компьютеров. Самое яркое его достижение, на мой взгляд, – квантовые часы, они обладают самой высокой точностью в мире: 10-18 секунды. Он изготовил их с помощью методов лазерного охлаждения, захвата ионов в ловушки. Он продемонстрировал, что это всё работает.

Комментирует Михаил Лукин, cодиректор Центра ультрахолодных атомов Гарварда–MIT и глава Международного консультативного совета Российского квантового центра:

Михаил_Лукин
Михаил Лукин

– Это, безусловно, заслуженная премия, которая не только отмечает значительный вклад в науку групп двух выдающихся учёных, но и признаёт существенный прогресс, достигнутый в области квантовых технологий и обработки квантовой информации.

Новация лауреатов в том, что они научились полностью управлять индивидуальными квантовыми системами: индивидуальными атомами, индивидуальными фотонами. Это начальная точка отсчёта для создания более сложных квантовых систем вроде квантового компьютера. В настоящее время самый большой квантовый компьютер состоит из 14 битов. До реализации полноценного процессора ещё многое предстоит сделать и учёным, и инженерам. Сейчас мы пытаемся понять, насколько сложную квантовую систему в состоянии контролировать в реальном мире. Это сложная задача. Даже описать такого плана системы очень сложно. Мы пока не знаем, возможно ли создать полностью функциональный квантовый компьютер

Но уже появляются маленькие квантовые компьютеры, выполняющие специальные задачи. Обычно они даже не называются компьютерами. Одно из достижений Дэйва – использование квантовой логики для создания самых точных в мире атомных часов. Они могут быть полезны в повседневной жизни. Вся навигация использует высокоточные часы. Улучшение точности часов означает улучшение контроля. Можно будет определять координаты с очень большой точностью. Тогда автомобилям даже не понадобятся водители. Но ещё многое нужно сделать, прежде чем квантовые часы будут в каждом будильнике, сотовом телефоне или навигаторе.

Я лично знаком с обоими лауреатами. Это замечательные люди. Интересная черта Дэвида – его необычайная скромность. Когда он делает доклады, обычно полчаса извиняется перед тем, как показать новый революционный результат, просит прощения за то, как всё плохо. Это очень забавно. Серж – настоящий француз. Жизнь его неотделима от Парижа. Эксперименты Сержа отличаются своим долгосрочным характером. Какие-то идеи пришли ему в голову ещё в середине 80-х годов, а реализованы только недавно. Для этого понадобилась необычайная настойчивость и упорство. Это пример для подражания молодым учёным и пример того, как фундаментальная наука даёт свои плоды через десятилетия.

Комментирует Александр Львовский, профессор Университета Калгари в Канаде, входящий в управляющий комитет Российского квантового центра:

Александр_Львовский
Александр Львовский

– Нобелевская премия Арошу и Вайнленду – первая, напрямую относящаяся к области квантовых технологий. Это новый раздел физики, посвящённый искусству управления сложными квантовыми системами на уровне индивидуальных комнонентов. И зародился он во многом благодаря пионерским работам Ароша и Вайнленда.

Значение этих работ можно оценить со слов самого Ароша, который пишет так в одной из своих статей: «Мы можем ловить и удерживать отдельные атомы и фотоны, переплетать их друг с другом, напрямую наблюдать их квантовые прыжки – и таким образом реализовывать некоторые из тех умозрительных экспериментов, которые представляли себе отцы-основатели квантовой физики. Шрёдингер, который считал, что мы навсегда лишены возможности наблюдать атом “вживую”, был бы потрясён, если бы увидел, каких высот достигают экспериментаторы в управлении атомами при помощи лазеров».

Физики в группе Вайнленда управляют квантовым состоянием ионов (т.е. атомов, потерявших один электрон) при помощи света лазеров. Удерживая ионы в магнитном поле, они гасят их колебания, доводя до состояния, в котором ионы почти не движутся. Такой ион можно использовать как «маятник» для невероятно точных часов – настолько точных, что их погрешность за всю историю существования Вселенной составила бы лишь несколько секунд.

Такие точные часы, если их удастся сделать компактными, позволят значительно повысить точность геопозиционирования. Ведь такие системы, как GPS и GLONASS, определяют свои координаты по разнице во времени между сигналами, приходящими от нескольких искусственных спутников Земли. Сегодня точность позиционирования составляет несколько метров. А система, оснащённая атомными часами, сможет определять своё положение с точностью до сантиметров и миллиметров. В среднесрочной перспективе это позволит полностью автоматизировать управление транспортными средствами.

Ещё одно применение работ Вайнленда и Ароша – квантовый компьютер. Это устройство, пока гипотетическое, которое способно осуществлять некоторые вычисления неизмеримо быстрее современной ЭВМ. Снова процитирую Ароша: «Такая машина манипулирует большими ансамблями “квантовых битов”, состоящих из атомов, молекул или фотонов. Каждый бит будет находиться в квантовой суперпозиции двух состояний, помеченных как “0” и “1”...Это будет как бы система из тысяч двухуровневых частиц, которая может осуществлять вычисления параллельно в соответствии с огромным количеством программ и при этом находиться в состоянии квантовой суперпозиции между этими программами».

РЕЙТИНГ

4.40
голосов: 5

Галереи

Кафедра квантовой электроники физфака МГУ имени М. В. Ломоносова

Здесь разрабатывают новые наноструктурированные материалы. Доцент Андрей Федянин показывает своё рабочее место: «в этом году, используя фемтосекундную лазерную систему, мы сделали и запатентовали прототип плазмонного переключателя со временем срабатывания порядка 0,1 пикосекунды, а это время всего лишь 30 колебаний электромагнитной волны». Съемка STRF.ru 18 июля 2011 года

3 фото

Обсуждение