Нобелівська премія з фізики 2012 року - Новини науки і техніки - Каталог статей

Обидва лауреата працюють в області квантової і атомної оптики - наук, що вивчають взаємодію випромінювання з речовиною на самому фундаментальному рівні - рівні окремих квантів.

Починаючи з XX років минулого століття фізики добре розуміють, що мікросвіт описується законами квантової механіки. Однак виділити ізольовану квантову систему виявляється надзвичайно складно - вона завжди прагне взаємодіяти з оточенням. Тому дослідження, проведені в XX столітті, в основному обмежувалися ансамблями, що містять велику кількість квантових частинок. Починаючи з 70-х-80-х років XX століття в розпорядженні експериментаторів виявилися технології, що дозволяють надзвичайно добре ізолювати квантові системи від зовнішнього світу і контролювати їх еволюцію. Розвинені лауреатами експериментальні методи дозволяють керувати станом окремих ізольованих атомів з допомогою одиночних фотонів і навпаки. Зазначимо, що ізоляцію квантової системи від решти світу характеризує величина, звана у фізиці добротністю (чим більше добротність, тим краще ізольована система), а якість приготування заданого стану - температура системи (ідеально приготовлена система повинна мати нульову, тобто мінімально можливу температуру). Кілька вражаючих цифр, які характеризують рівень досягнень лауреатів: в експериментах С.Ароша добротність резонаторів становила 4х10¹º, а розроблена Д.Уайлендем техніка сателлітного охолодження дозволяє охолоджувати іони до температур порядку нано кельвінів. Для порівняння, добротність маятника механічних годин становить близько 10²-10³, температура на висоті 10000 метрів складає близько 200 градусів по шкалі Кельвіна, а в космічному просторі - одиниці градусів Кельвіна.

Ці результати дозволяють зробити перші кроки на шляху до створення обчислювальних пристроїв нового типу - комп'ютерів і систем зв'язку, що використовують принципи квантової механіки для обробки інформації. Фактично, мова йде про систематичні дослідження можливостей фізичної реалізації квантових обчислень за допомогою двох (близьких) систем: на основі так званої квантової електродинаміки резонаторів (Арош) і іонів і/або нейтральних атомів у пастках (Уайнленд). Одним з практичних досягнень лауреатів, доступних вже зараз, є надточні годинники, покликані стати новим світовим стандартом часу, що забезпечує точність, яка на порядки перевершує існуючі сучасні цезієві годинники.

Інше можливе застосування цих досліджень полягає у створенні так званої квантової пам'яті, що дозволить «записувати» квантові стани світла на речовину, зберігати там протягом досить тривалого часу, а потім отримувати тоді, коли це буде потрібно.

Ідея квантових неруйнівних вимірювань, яка багато в чому лежить в основі експериментальних досягнень лауреатів, була вперше висловлена професором фізичного факультету МДУ Володимиром Борисовичем Брагінським і активно розвивається і сьогодні в його групі. Експериментальні групи, які займаються як взаємодією випромінювання з речовиною на рівні одиночних фотонів, так і квантової оптикою/квантової інформації, плідно працюють на кафедрі квантової електроніки фізфаку МГУ. Теоретична школа, що займається проблемами взаємодії випромінювання з речовиною на квантовому рівні, пов'язана з ім'ям академіка РАН Леоніда Веніаміновича Келдиша – який довгий час очолював кафедру квантової електроніки (в минулому, кафедру квантової радіофізики). Російська Школа квантової оптики, багато в чому зобов'язана її творцеві - професорові фізичного факультету Давида Миколайовичу Клишко.