Nobel za interakcje między światłem a materią

Tegoroczni nobliści w dziedzinie fizyki Serge Haroche i David J. Wineland niezależnie od siebie wynaleźli metodę pomiaru pojedynczych cząstek oraz manipulowania nimi bez zmiany ich kwantowej natury. Ich odkrycie przybliża nas do budowy komputerów kwantowych.

Problem z badaniem mikroświata polega na tym, że poszczególne cząstki niełatwo dają się wyizolować ze środowiska i tracą swoje tajemnicze kwantowe właściwości, kiedy zetkną się ze światem zewnętrznym. Z tego powodu wiele osobliwych zjawisk, zachodzących w świecie kwantowym, naukowcy mogli tylko sobie wyobrażać, dokonując eksperymentów myślowych. Bezpośrednia obserwacja kwantowych fenomenów długo była niemożliwa.

- Dzięki swoim pomysłowym metodom badawczym Haroche i Wineland razem z członkami swoich zespołów badawczych zdołali zmierzyć i podtrzymywać bardzo kruche stany kwantowe, które wcześniej wymykały się bezpośredniej obserwacji. Nowe metody pozwalają im badać, kontrolować i liczyć cząstki elementarne - poinformował we wtorek Komitet Noblowski.

68-letni Francuz Serge Haroche jest profesorem College de France w Paryżu. Jego rówieśnik Amerykanin David Wineland kieruje grupą badawczą w Narodowym Instytucie Standardów i Technologii w Colorado, pracuje też na tamtejszym uniwersytecie. Obaj nobliści podzielą się po równo nagrodą wynoszącą 8 mln koron szwedzkich (około 940 tys. euro).

Metody wynalezione przez obu fizyków są bardzo podobne. David Wineland stworzył pułapki, w których uwięzione są elektrycznie naładowane atomy, czyli jony. Przepuszczając przez nie światło (fotony) dokonuje pomiarów.

Analogiczne, ale odwrotne rozwiązanie zastosował Serge Haroche. Kontroluje on i mierzy uwięzione fotony (czyli cząstki światła) przepuszczając atomy przez wnętrze pułapki.

- Ma to ogromne znaczenie poznawcze, ale również znajduje zastosowania, choćby w superdokładnych pomiarach. Do koronnych zastosowań wiedzy rozwijanej przez noblistów należą zegary atomowe. Wiedza ta pozwala również rozwijać nanotechnologię, a w przyszłości również komputery kwantowe - powiedział prof. Iwo Białynicki-Birula z Centrum Fizyki Teoretycznej Polskiej Akademii Nauk.

"Szczytowym osiągnięciem inżynierii kwantowej" i "spełnieniem marzeń Einsteina" nazwał dokonania tegorocznych noblistów dyrektor Instytutu Fizyki Teoretycznej i Astrofizyki UG prof. Marek Żukowski. - Dzięki ich badaniom możemy kontrolować pojedyncze ziarenka materii i to będą niesłychanie subtelne metody zmieniania stanu materii na poziomie pojedynczych atomów - wyjaśnił.

Dr hab. Konrad Banaszek z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego poinformował PAP, że w Europie trwają prace nad zastosowaniami odkryć optyki kwantowej. Kolejnym jego etapem ma być rozpoczynający się w przyszłym roku europejski projekt SIQS, w którym biorą udział fizycy z UW i z 20 innych europejskich instytucji - w tym Serge Haroshe. Jak wymienił fizyk, do zastosowań technologii kwantowych należy np. kryptografia kwantowa, która polega na całkowicie bezpiecznym przesyłaniu informacji. W przyszłości dzięki tej dziedzinie badań możliwa będzie też zapewne poprawa precyzji zegarów atomowych, a w dalszej perspektywie - budowa komputerów kwantowych.

- Możliwe, że komputery kwantowe w XXI w. zmienią nasze codzienne życie tak samo jak klasyczne komputery zmieniły je w poprzednim stuleciu. Te badania doprowadziły również do budowy niesłychanie precyzyjnego zegara, który w przyszłości może zmienić standardy pomiaru czasu, ponieważ odmierza go z dokładnością stokrotnie większą niż dzisiejsze zegary atomowe - podkreślono w komunikacie Komitetu Noblowskiego.