Несколько прошлых десятилетий засвидетельствовали кардинальные изменения в квантовой физике. Ранее, ученые полагались на странные правила квантовой теории в основном для объяснения странного естественного поведения масс атомов и других квантовых частиц, таких как фотоны.
Все более и более, однако, физики эксплуатируют те правила создать тонкие квантовые состояния отдельных частиц и сделать новые вещи с ними. Нобелевская премия этого года в физике чтит двух экспериментаторов, помогших сверкать тот след.Серж Харош, 68 лет, College de France и Ecole Normale Superieure, и в Париже, вел ваяние квантового состояния света и контроля его взаимодействий с единственным атомом.
Дэвид Винелэнд, которому также 68 лет, Национального института стандартов и технологий в Валуне, Колорадо, развил методы для управления единственными заряженными атомами или ионами, и показал, как они могли использоваться для выполнения вычислений.Такая работа открыла новую сферу квантового исследования, говорит Игнасио Сирак, теоретик в Макс. Планке Институте Квантовой Оптики в Гархинге, Германия. «Сорок лет назад не было даже ясно, что квантовая механика будет относиться к единственным частицам, потому что это – статистическая теория», говорит Сирэк. «Они открыли дверь в изучение отдельных квантовых систем».Haroche помог вести область «квантовой электродинамики каверны», в котором частицы света или фотоны, заманены в ловушку между двумя зеркалами, формирующими так называемую оптическую каверну.
Исследователи могут точно настроить квантовое состояние того света, например, поместив его в так называемый штат Фок, состоящий из определенного числа фотонов, но испытывающий недостаток в обычных свойствах классической световой волны. То государство может быть исследовано и измерено путем отправки единственного атома через каверну так, чтобы это взаимодействовало со светом.
Среди прочего, Haroche и коллеги, продемонстрированные впервые аналог, возможно, самого странного и самого известного из квантовых состояний: государство кошки Шродингера. Квантовая теория позволяет физической системе быть в двух взаимоисключающих государствах сразу, и в 1935 австрийский теоретик Эрвин Шродинджер выдумал схему, в которой эта собственность вынуждает кошку, скрытую в коробке быть и живой и мертвой одновременно. (Как только коробка открыта, квантовое состояние «крах» так, чтобы кошка была найдена или мертва или живая.) В 1996 Haroche и коллеги создали подобные два пути сразу государство света. «Это был один из самых увлекательных экспериментов, которые я когда-либо видел, и фактически причина, я нахожусь в этой области», говорит Бенджамин Варко, квантовый физик в Лидсском университете в Соединенном Королевстве.Напротив, Wineland и его бригада развили бесчисленные методы, чтобы заманить в ловушку и управлять отдельными ионами.
Несмотря на то, что заманенные в ловушку ионы могли использоваться для создания намного лучше атомных часов, реальная привлекательность работы Винелэнда состоит в том, что она могла когда-нибудь использоваться для создания квантового компьютера, который будет в состоянии решить определенные проблемы, которые сокрушили бы классический компьютер. «Дэвид действительно придумал все первые большие трансгрессии в этой области», говорит Винфрид Хензингер из университета Сассекса в Соединенном Королевстве.Вращение ионов как небольшие вершины и, с помощью лазеров, исследователи могут управлять спиновым состоянием иона, даже помещая его в тонкие два пути сразу квантовые состояния. Wineland и коллеги развили методы для передачи информации в том квантовом состоянии к покачиванию иона в электрическом поле, держащем его и даже заставить соседние ионы взаимодействовать и общаться.
Используя такие методы, исследователи смогли использовать единственный покачивающийся ион в качестве «ворот», выполняющих элементарную операцию в логике, как они сообщили в 1995.Та трансгрессия показала потенциал для развития квантового компьютера, в который обычные биты — который может быть установлен или в 0 или в 1 — заменяются «кубитами», которые могут быть установлены в 0, 1, или оба одновременно. Полноценный квантовый компьютер является все еще годами далеко, но физики использовали целых 15 ионов вместе, чтобы сделать вычисления.
Это составляет приблизительно четверть того, что необходимо для квантового компьютера для превышения классического компьютера для некоторого ограниченного набора проблем, говорит Хензингер.Как со многими Нобелевскими премиями, наблюдатели говорят, что другие исследователи, возможно, заслужили премию, также. В области заманивания в ловушку иона, и Кристофер Монро из Университета Мэриленда, Колледж-Парк, и Рэйнера Блатта из университета Инсбрука в Австрии также сделал основополагающие вклады, говорит Хензингер. В квантовой электродинамике каверны Джефф Кимбл из Калифорнийского технологического института в Пасадене и покойного Герберта Вальтера из Макс.
Планка Института Квантовой Оптики также вел свет, говорит Варко.Приз этого года выдвигает на первый план развитие квантовой физики.
В 1920-х и 30-х несколько Нобелевских премий соблюдали открытие принципов квантовой механики. Победители этого года не обнаружили новых принципов, но нашли новые способы эксплуатировать установленную теорию, говорит Сирэк. «Теория совпадает с, мы всегда понимали его», говорит он. «Мы теперь пытаемся использовать его», чтобы сделать новые вещи.