Нобелевская премия по физике за квантовые компьютеры и сверхточные часы



Работы в области квантовой оптики, позволяющие создавать основы квантовых компьютеров, сверхнадежных шифров и небывало точных часов увенчаны Нобелевской премией по физике 2012 года. Это тот случай, когда результаты, полученные при изучении взаимодействия света с веществом, найдут самое широкое применение на практике, отмечают эксперты.


Серж Арош

Серж Арош – французский физик, родившийся в 1944 году в Марокко, профессор Коллеж де Франс, работал в Стэнфордском и Гарвардском университетах, Массачусетском технологическом институте. В 1996 году Арош и его коллеги провели экспериментальные наблюдения квантовой декогеренции. Арош стал первым Нобелевским лауреатом-выходцем из Марокко.


Дэвид Уайнлэнд

Дэвид Уайнлэнд – американский физик, тоже родившийся в 1944 году, работающий в Национальном институте стандартов и технологии (NIST) США. В 1978 году Уайнлэнд впервые продемонстрировал технологию лазерного охлаждения ионов.

Во вторник Нобелевский комитет Королевской шведской академии наук объявил в Стокгольме, что Нобелевская премия по физике за 2012 год присуждена французу Сержу Арошу и американцу Дэвиду Уайнлэнду «за новаторские экспериментальные методы, позволяющие измерять и контролировать отдельные квантовые системы».

«Их исследования позволили ответить на ряд базовых вопросов физики, таких как когерентность. Самые точные часы в мире в мире созданы с помощью работ сегодняшних лауреатов, а в будущем, возможно, на этих принципах получится построить работу квантовых компьютеров, скорость которых будет неизмеримо выше всех существующих вычислительных машин, — говорится в сообщении Нобелевского комитета. — Серж Арош и Дэвид Вайнленд независимо друг от друга создали и развили методы манипуляции отдельными частицами, сохранив их квантово-механическую природу так, как ранее считалось просто невозможным.

Они открыли дверь в новую эру экспериментов в квантовой физике, предложив прямые методы наблюдений индивидуальных квантовых частиц без их разрушения. В школе нас учат тому, что квантовые частицы имеют двойную корпускулярно-волновую природу и в квантовом мире законы классической механики не работают, нужно применять квантовые методы. Однако отдельные частицы не так просто выделить из окружающей среды, и они теряют «таинственные» квантовые свойства, соприкасаясь с внешним миром. Именно поэтому ряд аномальных явлений, предсказанных квантовой физикой, никак не удавалось наблюдать напрямую, и исследователям приходилось изобретать косвенные эксперименты, которые давали базовое подтверждение теоретическим предсказаниям.

Арошу и Вайнленду удалось придумать оригинальные методы, позволяющие измерять и контролировать очень неустойчивые квантовые состояния, «поймать» которые напрямую считалось невозможным.

Два независимо разработанных метода имеют много общего. Дэвид Вайнленд заключал в «ловушку» заряженные атомы (ионы), управляя ими и измеряя их параметры с помощью света, то есть фотонов. Серж Арош пошел в обратном направлении: измеряемыми в ловушке оказались фотоны (частицы света), которые оказались там при прохождении сквозь нее атомов.

Оба лауреата работают в области квантовой оптики и занимаются изучением фундаментальных взаимодействий света и материи — эта область переживает бурное развитие с середины 1980-х годов. Их новаторские методы позволили всем работающим в квантовой оптике ученым сделать первые шаги к созданию нового типа супербыстрых компьютеров — квантовых компьютеров, работающих на особенностях квантовой природы частиц. Квантовые компьютеры, возможно, изменят нашу повседневную жизнь уже в этом столетии также кардинально, как это сделали обычные компьютеры в столетии предыдущем. Еще один результат их работ — создание сверхточных часов, которые в будущем могут стать основой нового стандарта времени, в сто раз более точного, чем современные цезиевые часы».

Представление лауреатов по традиции прошло на нескольких языках, в том числе на русском.

Атомные часовщики

Благодаря работам лауреатов «мы можем делать более точные измерения, мы можем видеть новые явления и эти методы открывают совершенно новый мир в маленьком мире», прокомментировала присуждение награды профессор экспериментальной физики Гетеборгского высшего технического института имени Чальмера Эва Ульссон в интервью Радио Швеции.

Работы Ароша и Уайнлэнда хотя и имеют отношение к фундаментальной физике, но найдут широкое практическое применение, считает заведующий лабораторией лазерной спектроскопии Института спектроскопии РАН Виктор Балыкин.

«Серж Арош всю жизнь занимался простыми квантовыми системами, то, что связывают с будущими квантовыми компьютерами. Это исследование на фундаментальном физическом уровне элементарных составляющих будущих квантовых компьютеров – так называемых квантовых кубитов», – пояснил Балыкин.

Результаты, полученные Арошем, важны для реализации принципов квантовой криптографии, полагают директор Института автоматики и электрометрии Сибирского отделения РАН Анатолий Шалагин и профессор университета Умео (Швеция) и физико-технического института имени Иоффе (Петербург) Андрей Шеланков.

«Там видны определенные выходы (в практику)», – сказал Шалагин РИА Новости.

По словам Балыкина, Уайнлэнд «занимался проблемой локализацией, захвата отдельных ионов с последующим охлаждением».

Это, в частности, позволяет создавать атомные часы – самые точные часы в мире.

В этих устройствах для измерения времени роль «маятника» играют атомы. Частота излучения атомов при переходе их с одного уровня энергии на другой регулирует ход квантовых часов. Эта частота настолько стабильна, что атомные часы позволяют измерять время точнее астрономических методов.

«Если бы эти часы начали свое "тиканье» с момента Большого взрыва (почти 14 миллиардов лет назад – ред.), то их погрешность составила бы плюс-минус всего пять секунд!", – процитировал Балыкин ответ Ароша на вопрос, зачем нужны эти часы.

Такие устройства необходимы, в частности, для обеспечения работы космических аппаратов, интеллектуальных энергосетей, систем автоматического управления и обеспечения безопасности.

«Все навигационные системы… в принципе не могут существовать без этих точных часов», – добавил ученый.

Обаяние нобелиатов

Арош и Уайнлэнд – очень обаятельные и интеллигентные люди, с которыми интересно общаться не только по науке, но и за пределами лабораторий, рассказал Балыкин.

По его словам, он говорит об Ароше и Уайнлэнде «с удовольствием».

«Я знаю и того, и другого. Это чрезвычайно обаятельные и скромные физики, чрезвычайно мягкие, воспитанные, интеллигентные люди, особенно Дэвид Уайнлэнд – такой спокойный, медлительный. С ним можно говорить не только о физике», – сказал Балыкин.

По словам Балыкина, с Арошем он познакомился в начале перестройки в СССР на одной из международных конференций.

«И я помню, с каким интересом – он был с женой – они спрашивали, что происходит в Советском Союзе. Меня просто поразила их заинтересованность в том, что же на сей раз случилось в большой стране под названием Россия», – отметил ученый.

Сам Арош по телефону сообщил журналистам, собравшимся на традиционной пресс-конференции в Стокгольме, что в момент звонка от нобелевского комитета он с женой возвращался домой с прогулки.

«Я шел по улице, хорошо, что по пути была скамейка и я смог присесть… Когда я увидел шведский телефонный код на своем телефоне, я понял, что все это действительно происходит со мной. Это поразительно», – сказал ученый, который несколько лет подряд считался одним из главных кандидатов на Нобелевскую премию.

Гордость французского образования

Присуждение Нобелевской премии Арошу заставляет гордиться французской образовательной системой, считает министр высшего образования и науки Франции Женевьев Фьоразо.

«У нас уже третья Нобелевская премия по физике за последние годы. Естественно, нужно гордиться нашей наукой. Хотя нельзя все упрощать, у нас есть, что улучшить», – сказала Фьоразо в интервью телеканалу BFM TV.

Министр отметила, что также рада за Коллеж де Франс, где работает Арош.

«У нас 26–27 ноября пройдет там заседание, посвященное высшему образованию и науке. Мы не думали, что принимающей стороной будет нобелевский лауреат, хотя председательствовать на заседании будет обладатель Нобелевской премии по медицине 2008 года Франсуаз Барре-Синусси. Нужно гордиться нашей образовательной системой во Франции», – заявила министр.

В свою очередь, президент Франции Франсуа Олланд выпустил коммюнике, поздравив Ароша с премией.

«Серж Арош смог соединить сильные теоретические построения с замечательным опытом во всех французских и иностранных организациях, где он работал, в (Национальном центре научных исследований) CNRS, Университете имени Пьера и Мари Кюри, в "Высшей нормальной школе», Политехнической школе и Коллеж де Франс, где он является управляющим уже несколько месяцев. Это гордость для нашей страны и удовлетворение для всей французской науки", – подчеркнул президент.

Звонок Нобелевского комитета Сержу Арошу

Сразу после объявления имен лауреатов на пресс-конференции Нобелевский комитет дозвонился до одного из них, Сержа Ароша.

— Я счастлив, — сказал лауреат. — Двадцать минут назад мне сказали, что я получил премию. Я в этот момент шел по улице вместе с женой, и, узнав о премии, я был так удивлен, что вынужден был присесть на первую попавшуюся скамейку. Это просто невероятно.

— Как отпразднуете это событие?

— Еще даже не знаю. Может быть, открою бутылочку шампанского.

— Один из результатов вашей работы — это возможность создания квантовых компьютеров. Как вы думаете, когда эти устройства будут созданы?

— Не знаю точно, мы пока изучаем такую возможность, пытаемся понять, как все происходит на уровне частиц.

Нам предстоит решить много различных проблем для создания квантовых компьютеров. Я в основном был сконцентрирован на теоретических исследованиях, и практическое применение не было для меня самым важным фактором.

Использование квантовых систем – сложный вопрос, и физикам предстоит много узнать о них. Может, это будут не компьютеры, а квантовые симуляторы, какие-то квантовые коммуникации.

— Еще одно применение результатов вашей работы и вашего коллеги, Дэвида Вайнленда, это сверхточные часы. Какое можно будет найти им применение?

— Мои коллеги работают над этим. Существует очень много вариантов применения этих сверхточных часов. С их помощью можно измерять гравитацию, гравитационное поле, использовать их для предотвращения землетрясений. Также им можно найти применение в области фундаментальной физики, например, для проверки теории относительности или для объяснения многих еще необъясненных явлений. Еще их можно использовать в космосе, например, в экспериментах на Международной космической станции.

— Думали ли вы, что получите Нобелевскую премию?

— Многие люди заслуживают премии, и потому возможность получения премии очень мала. Я старался особо не ждать этого, особо об этом не думать. Тем более я не ожидал, что получу премию в этом году. Я очень рад, что премия присуждена также и Дэвиду Вайнленду, он замечательный ученый.

В ходе разговора с лауреатом возникали проблемы с телефонной связью, так что представитель Нобелевского комитета, завершая пресс-конференцию, выразил надежду, что вскоре для звонков будет использоваться «квантовый телефон и связь будет лучше».

Послесловие

По версии агентства Thompson Reuters, в области физики несомненным фаворитом этого года являлись работы по открытию и экспериментальному подтверждению квантовой телепортации. Премию должны были разделить Чарльз Беннетт из IBM, Жиль Брассар из Университета Монреаля и Уильям Вуттерс из колледжа Уильямс (Массачусетс, США).

Среди других претендентов значились один из пионеров оптоэлектроники, обнаруживший эффект фотолюминесценции в пористом кремнии, Ли Кэнхэм из Университета Бирмингема (Великобритания), а также авторы работ по «медленному свету» (замедлению световых импульсов в облаке ультрахолодных атомов натрия) Стивен Харрис из Стэнфордского университета (Калифорния) и Лене Хау из Гарвардского университета (Массачусетс, США).

Упоминалось и главное физическое открытие этого года — частица, подобная бозону Хиггса. Однако коль скоро результаты пока не подтверждены с необходимой точностью, эксперты (и Нобелевский комитет) сошлись на том, что бозон Хиггса — тема премии уже 2013 года.

Источник

«Счастье дается только знающим. Чем больше знает человек, тем резче, тем сильнее он видит поэзию земли там, где ее никогда не найдет человек, обладающий скудными знаниями»

Константин Паустовский

Файлы

Бог не любовь: Как религия все отравляет

Бог как иллюзия

Так называемое зло. К естественной истории агрессии

Глаз и мозг. Психология зрительного восприятия