МИЛАН МИЛОШЕВИЋПРИРОДНО-МАТЕМАТИЧКИ ФАКУЛТЕТ У НИШУ

Нобелова награда за физику за 2012. годину

СЕМИНАР ЗА НАСТАВНИКЕ ФИЗИКЕ ОСНОВНИХ ИСРЕДЊИХ ШКОЛА ЗАЈЕЧАРСКОГ И БОРСКОГ ОКРУГА

Зајечар, 2. јул 2013

• Серж Арош(1944, Casablanca, Morocco)

Collège de France, Paris, France, École NormaleSupérieure, Paris, France

• Дејвид Вајнленд(1944, Milwaukee, WI, USA)

National Institute of Standards and Technology, Boulder, CO, USA, University of Colorado, Boulder, CO, USA

Ко?

David J. WinelandSerge Haroche

“За револуционарне експерименталнеметоде који су омогућиле мерење и директну

манипулацију квантним системима”

Зашто?

• Посматрање и мерење квантног системабез нарушавања његових особина

• Појединачне честице – тешко их је изоловати,губе квантна својства у интеракцији са“спољњим” светом

• Само “мисаони експерименти”

• Средина 1980-тих: независно један од другог, два различита метода

• Д. Вајнленд: “заробљени” наелектрисани атоми (јони); мерење фотонима

• С. Арош: “заробљени” фотони; мерење атомима

Како?

• Техника развијена 1970-тих за наелектрисане честице

• Паул и Демелт: Нобелова награда, 1989. година

• Први експерименти:

• 1975 - Вајнленд са сарадницима (Mg+)

• 1978 – Њуаусер са сарадницима (Ba+)

• Јонске замке – високи вакум, комбинација статичког и осцилаторног електромагнетног поља

• Један јон или линеарне замке (више јона)

Јон у замци

Фото: National Institute of Standards and Technology image gallery

3 x Be+ јони

• Осцилаторно кретање јона

• Два скупа квантних нивоа

• Вибрациони мод (кретање у замци) - спољашњи

• Електронски нивои у јону - унутрашњи

• Купловани емисијом или апсорпцијомсветлости

• Видљиви након побуђивања ласером

• Специјално подешен пулс ласера “шаље”јон у стање суперпозиције – истовременодва стања

Јон у замци

Фото: Quantum simulations with Ions (Qsim), University of Innsbruck, Institute of

theoretical Physics; Johan Jarnestad/Royal Swedish Academy of Sciences

35 x Mg+ јони

• Серж Арох – супротан метод

• Фотони микроталаса “заробљени”између два огледала, на око 3 cm

• Огледала – суперпроводни материјал, охлађена ~0К

• Један фотон вишеструко одбија у интервалу од 1/10 секунде

• Фотон пређе око 40000 километара (обим Земље)

• Могућа манипулација и мерење “заробљеног” фотона

Фотон у замци

Фото: Johan Jarnestad/Royal Swedish Academy of Sciences

• Ридбергови атоми

• Електрони у побуђеним стањима

• полупречник 125 нанометара, 1000 пута већи од “обичних”

• Шаљу један по један, интерагују са фотоном

• Интеракција мења фазу атома

• Упоређивање стања атома пре и после проласка кроз “замку” даје информације о стању фотона

Фотон у замци

• Квантна механика – “невидљив” свет, догађајисе одигравају супротно нашим очекивањимаи законима “макросвета”

• Суперпозиција – честица истовремен у више стања

• “Шредингерова мачка”

• Мачка је у стању суперпозиције – “жива и мртва”

• Посматрање је преводи у једно од та два стања

• Прави експеримент:

• Јони и фотони у улози мачке

• Сплетеност (entanglement)

Парадокси квантне механике

Фото: Wikipedia

• Теоријски модел 1995. године (Cirac, Zoller)

• Заробљени јони

• Квантни битови (qubits) “кодирани” у енергетским нивоима јона

• Слаба интеракција са околином, дуго живе

• Кјубит – 0 или 1 у истом тренутку!?!?!

• 1 кјубит => два стања, 2 => 4 стања, N => 2N стања...

• 300 кјубита => више симултаних стања него атома у свемиру

• 2003. година – логичке операције на два кјубита

• Данас – до 14 кјубита

• основна логичка кола

• Много практичних проблема за конструкцију рачунара

Kvantni računari

• The Nobel Prize in Physics 2012 - Popular Information“.http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2012/popular.html

• "The Nobel Prize in Physics 2012 - Advanced Information".http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2012/advanced.html

• The 2012 Nobel Prize in Physics: Trapping and Measuring Particle Stateshttp://galileospendulum.org/2012/10/09/the-2012-nobel-prize-in-physics-trapping-and-measuring-particle-states/

• IOPscience – 2012 Nobel Prize Collectionhttp://iopscience.iop.org/page/Nobel

• An Introduction to Quantum Computing for Non-Physicistshttp://arxiv.org/abs/quant-ph/9809016v2

Више информација: