Vi erbjuder

Pristagare dresserar partiklar

Fysikerna Serge Haroche och David Wineland, har gjort det möjligt att ta kvantfysiken från idé till tillämpningar. I år belönas de med nobelpriset för sina banbrytande experimentella metoder.
Publicerad: Uppdaterad:

Den kvantmekaniska teorin beskriver hur vår värld fungerar på atomnivå. När det kommer till enstaka ljus- eller materiepartiklar, börjar kvantfysikens lagar att gälla istället för den vanliga fysikens. En kvantpartikel kan befinna sig i två tillstånd samtidigt, något som i fysiken kallas för superposition.

År 1935 föreslog Erwin Schrödinger ett tankeexperiment för att belysa kvantvärldens paradoxer. I tankeexperimentet är en katt i en låda i en superposition av tillstånd och kan anses vara både levande och död. Så fort som lådan öppnas kollapsar kattens dubbla kvanttillstånd och katten är antingen levande eller död.

Fällor för joner och fotoner
Serge Haroche och David Wineland har lyckats att konstruera fällor där de kan hålla partiklarna i sina superpositioner och samtidigt studera och kontrollera dem. Metoderna har mycket gemensamt, David Wineland håller elektriskt laddade atomer, joner, i en fälla och mäter och styr deras ljus, alltså fotoner. Serge Haroche gör tvärtom – fångar fotoner och mäter och styr dem med hjälp av atomer som sänds genom fällan.

Från tankeexperiment till tillämpningar
Möjligheten att studera och manipulera kvantpartiklar öppnar upp för praktiska tillämpningar. En sådan är den så kallade kvantdatorn där en kvantbit både skulle kunna vara 1 och 0 samtidigt och därmed utföra flera beräkningar parallellt. En annan tillämpning är en optisk klocka där två joner i samarbete skulle hålla tiden hundra gånger bättre än dagens klockor.
– Vårt syfte har varit att förstå kvantmekaniken, det är fortfarande svårt att förutsäga vad vi kommer att använda den till. Det kan vara kvantdatorer men även någonting helt annat, kommenterade Serge Haroche när priset tillkännagavs.

Vad betyder upptäckten?

Mohamed Bourennane, professor i kvantoptik vid Stockholms universitet, tror att det dröjer två till tre decennier innan den första kvantdatorn ser dagens ljus.

Vad betyder upptäckten för forskningsfältet?
– Enormt mycket. Nobelpristagarna hade modet att ta sig an en enormt svår fråga som tog nästan tjugo år att lösa, tack vare det har kvantfysiken kunnat utvecklas.

Vad handlar din egen forskning om?
– Min forskningsgrupp jobbar med kvantkommunikation mellan flera parter lokaliserade på flera platser.  Vi har utvecklat ett system där vi använder oss av en defekt diamant som beter sig som en artificiell atom som kan sammanflätas med en foton. Fördelen är att vi kan utföra försöken i rumstemperatur.

Hur kan kvantoptiken tillämpas?
– Ett användningsområde som vi jobbar med är säkrare kryptering av bankkort och säkrare utbyte av information. Någonting annat som ligger nära är synkronisering av optiska klockor. Det kommer nog dröja minst 20 till 30 år innan vi ser den första kvantdatorn.

Hur är det att jobba med någonting som man egentligen inte kan förstå?
– Det finns två fascinerande och ganska motsatta aspekter i kvantvärlden, den ena är att det handlar om grundläggande fysik och ibland filosofiska frågor, den andra är futuristiska applikationer. Tack vare upptäckterna kan vi nu hitta applikationer och på så sätt studera varför kvantmekaniska resurser är mer användbara. När det blir för svårt kan vi gå tillbaka till de fundamentala frågorna och tankeexperimenten som vi sedan kan omsätta i praktiken igen. Det blir en positiv cirkel för att kunna tackla ett svårt problem.

Du har träffats Serge Haroche vid olika tillfällen, hur skulle du beskriva honom?
– Han har en stark personlighet samtidigt som han är en enkel människa och lätt att prata med. Han gillar att diskutera med alla, särskilt med studenter. Och han är intresserad av att förbättra unga forskares villkor genom att inrätta ett institut där talangfulla unga personer får de verktyg och finansiella medel som de behöver för att kunna utföra sin forskning.

 

Nobelpriset i fysik 2012 till Serge Haroche och David J. Wineland
”för banbrytande experimentella metoder som möjliggör mätning och styrning av enstaka kvantsystem”

Serge Haroche
Född 1944 i Casablanca, Marocko
Fil.dr 1971 vid Université Pierre et Marie Curie, Paris, Frankrike
Professor vid Collège de France och Ecole Normale Supérieure, Paris, Frankrike

David J. Wineland
Född 1944 i Milwaukee, USA
Fil.dr 1970 vid Harvard University, Cambridge, USA
Forskningsledare och NIST Fellow vid National Institute of Standards and Technology (NIST) och University of Colorado Boulder, USA

 

Text: Natalie von der Lehr

Naturvetarna sparar viss data (cookies) för att ge dig en bättre upplevelse. Genom att använda Naturvetarnas webbplats godkänner du detta / Om cookies