Anton Zeilinger - Anton Zeilinger

Anton Zeilinger
Zeilinger med skulptur av Voss-Andreae.jpg
Anton Zeilinger holder en skulptur av Julian Voss-Andreae , foto av J. Godany
Født ( 1945-05-20 )20. mai 1945 (76 år)
Ried im Innkreis , Østerrike
Nasjonalitet Østerriksk
Kjent for Quantum teleportation
Bell test eksperimenter
Elitzur - Vaidman bombetester eksperiment
Greenberger - Horne - Zeilinger state
GHZ experiment
Superdense coding
Utmerkelser Klopsteg Memorial Award (2004)
Isaac Newton -medalje (2007)
Wolf Prize in Physics (2010)
Vitenskapelig karriere
Enger Fysikk , kvantemekanikk
Institusjoner University of Vienna
Technical University of Munich
Technical University of Vienna
Massachusetts Institute of Technology
Collège de France
Merton College, Oxford
Doktorgradsrådgiver Helmut Rauch
Doktorgradsstudenter Stefanie Barz
Jianwei Pan
Thomas Jennewein

Anton Zeilinger ( tysk: [tsaɪlɪŋɐ] ; født 20 mai 1945) er en østerriksk quantum fysiker som i 2008 mottok innsettelsen Isaac Newton Medal av Institute of Physics (UK) for "sin banebrytende konseptuelle og eksperimentelle bidrag til grunnlaget for kvantefysikken , som har blitt hjørnesteinen for det raskt utviklende feltet for kvanteinformasjon ". Zeilinger er professor i fysikk ved Universitetet i Wien og seniorforsker ved Institute for Quantum Optics and Quantum Information IQOQI ved det østerrikske vitenskapsakademiet . Det meste av forskningen hans angår de grunnleggende aspektene og anvendelsene av kvanteforvikling .

Biografi

Anton Zeilinger, født 1945 i Østerrike, har hatt stillinger ved det tekniske universitetet i Wien og universitetet i Innsbruck . Han har hatt besøkende stillinger ved Massachusetts Institute of Technology (MIT), ved Humboldt University i Berlin, Merton College, Oxford og Collège de France (Chaire Internationale) i Paris. Zeilingers priser inkluderer Wolf Prize in Physics (2010), Inaugural Isaac Newton -medaljen fra IOP (2007) og King Faisal International Prize (2005). Han er medlem av syv vitenskapelige akademier. Anton Zeilinger er for tiden professor i fysikk ved Universitetet i Wien og seniorforsker ved Institute for Quantum Optics and Quantum Information fra det østerrikske vitenskapsakademiet som han nylig ble valgt som president. Siden 2006 er Zeilinger nestleder i forstanderskapet i Institute of Science and Technology Austria , et ambisiøst prosjekt initiert av Zeilingers forslag. I 2009 grunnla han International Academy Traunkirchen som er dedikert til støtte fra begavede studenter innen naturfag og teknologi. Han er fan av Hitchhiker's Guide To The Galaxy av Douglas Adams , og går så langt som å nevne seilbåten sin 42 .

Arbeid

Zeilinger jobber i grunnlaget for kvantemekanikk . Han oppdaget, sammen med Daniel Greenberger og Michael Horne , nye kontra-intuitive trekk ved tre- og firpartikkelstater. Han var den første, sammen med teamet sitt, til å realisere de som var i eksperiment. Dette åpnet innen multi-partikkel forstyrrelser og multi-partikkel quantum korrelasjoner. Ved å bruke metodene som ble utviklet der, utførte han den første kvanteteleporteringen av en uavhengig qubit . Dette ble fulgt av realiseringen av forvikling av bytte , et mest interessant konsept der en sammenfiltret tilstand blir teleportert.

Dette arbeidet ble fulgt av en rekke tester av Bells ulikheter , inkludert en Cosmic Bell Test . Andre grunnleggende eksperimenter gjaldt Leggetts ikke-lokale realistiske teorier , tester av kvantekontekstualitet i Kochen-Specker-eksperimenter og eksperimenter med ikke-lokal Schrödinger-styring med sammenfiltrede tilstander.

Mange av disse resultatene ble relevante i utviklingen av kvanteinformasjonsteknologi , hvor han også utførte banebrytende eksperimenter. Hans eksperiment med kvantetett koding var det første som brukte forvikling for å demonstrere en primitiv, ikke mulig i klassisk fysikk . Han innså også det første sammenfiltringsbaserte kvantekrypteringseksperimentet og senere kvantekommunikasjon over økende avstander og implementering av høyere dimensjonale tilstander med økende informasjonskapasitet. Mulige applikasjoner inkluderer også enveiskvantberegning og blindkvantberegning . Blant hans ytterligere bidrag til den eksperimentelle og konseptuelle grunnlaget for kvantemekanikken er sak bølgeinterferens hele veien fra neutroner via atomer til makromolekyler , slik som fuller .

Kvanteteleportering

Mest kjent er hans første erkjennelse av kvanteteleportering av en uavhengig qubit. Senere utvidet han dette arbeidet til å utvikle en kilde for fritt forplantning av teleporterte qubits og kvanteteleportasjon over 144 kilometer mellom to Kanariøyene. Kvanteteleportering er et vesentlig konsept i mange kvanteinformasjonsprotokoller. I tillegg til sin rolle for overføring av kvanteinformasjon, regnes den også som en viktig mulig mekanisme for å bygge porter i kvantemaskiner.

Entanglement swapping - teleportering av forvikling

Entanglement swapping er teleportering av en sammenfiltret tilstand. Etter forslaget har byttebytte først blitt realisert eksperimentelt av Zeilingers gruppe i 1998. Det ble deretter søkt om å utføre en forsinket valg av viklingstest. Entanglement swapping er den avgjørende ingrediensen for kvante -repeatere som forventes å koble sammen fremtidige kvantemaskiner.

Forvikling utover to qubits-GHZ-stater og deres realiseringer

Anton Zeilinger bidro avgjørende til åpningen av feltet med flere partikler. I 1990 var han den første sammen med Daniel Greenberger og Michael Horne som jobbet med forvikling av mer enn to qubits. Det resulterende GHZ -teoremet (se tilstanden Greenberger - Horne - Zeilinger ) er grunnleggende for kvantefysikk, ettersom den gir den mest kortfattede motsetningen mellom lokal realisme og forutsigelsene om kvantemekanikk.

GHZ-stater var de første forekomstene av flertallige partikler som ble undersøkt. Overraskende viser multipartikkel-sammenfiltrede tilstander kvalitativt forskjellige egenskaper sammenlignet med to-partikkel-sammenfiltring. På 1990 -tallet ble det hovedmålet med Zeilingers forskning å realisere slike GHZ -tilstander i laboratoriet, noe som krevde utvikling av mange nye metoder og verktøy.

Til slutt, i 1999, lyktes han med å gi det første eksperimentelle beviset på sammenfiltring utover to partikler og også den første testen av kvantelokalitet for GHZ -stater. Han var også den første som innså at det er forskjellige klasser av høyere dimensjonale sammenfiltrede tilstander og foreslåtte W-stater. I dag har flerpartikkelstater blitt en viktig arbeidshest i kvanteberegning, og dermed har GHZ-tilstander til og med blitt en individuell oppføring i PACS-koden .

Kvantekommunikasjon, kvantekryptografi, kvanteberegning

I 1996 innså Anton Zeilinger med sin gruppe hyper-tett koding. Der kan man kode inn i en qubit mer enn en klassisk informasjonsbit. Dette var den første realiseringen av en kvanteinformasjonsprotokoll med en sammenfiltret tilstand, hvor man er i stand til å oppnå noe umulig med klassisk fysikk.

I 1998 (utgitt i 2000) var gruppen hans den første som implementerte kvantekryptografi med sammenfiltrede fotoner . Zeilingers gruppe utvikler nå også en kvantekryptografiprototype i samarbeid med industrien.

Deretter brukte han også kvanteforvikling på optisk kvanteberegning , hvor han i 2005 utførte den første implementeringen av enveiskvantberegning. Dette er en protokoll basert på kvantemåling som foreslått av Knill, Laflamme og Milburn. Nylig har det blitt vist at enveiskvantberegning kan brukes til å implementere blind kvanteberegning. Dette løser et problem i Cloud computing , nemlig at uansett hvilken algoritme en klient bruker på en kvanteserver, er helt ukjent, dvs. blind, for operatøren av serveren.

Eksperimentene til Zeilinger og hans gruppe med fordelingen av forvikling over store avstander begynte med både ledig plass og fiberbasert kvantekommunikasjon og teleportasjon mellom laboratorier på de forskjellige sidene av elven Donau . Dette ble deretter utvidet til større avstander over byen Wien og over 144 km mellom to Kanariøyene , noe som resulterte i en vellykket demonstrasjon av at kvantekommunikasjon med satellitter er mulig. Drømmen hans er å sette kilder til sammenfiltret lys på en satellitt i bane. Et første skritt ble oppnådd under et eksperiment ved det italienske Matera Laser Ranging Observatory.

Ytterligere nye sammenviklede stater

Med sin gruppe ga Anton Zeilinger mange bidrag til realiseringen av nye sammenfiltrede stater. Kilden for polarisasjonsinnviklede fotonpar utviklet med Paul Kwiat  [ de ] da han var PostDoc i Zeilingers gruppe, ble en arbeidshest i mange laboratorier over hele verden. Den første demonstrasjonen av sammenfiltring av orbital vinkelmoment av fotoner åpnet for et nytt voksende forskningsfelt i mange laboratorier.

Makroskopisk kvantesuperposisjon

Zeilinger er også interessert i å utvide kvantemekanikken til det makroskopiske domenet. På begynnelsen av 1990 -tallet startet han eksperimenter innen atomoptikk. Han utviklet en rekke måter å kohærent manipulere atomstråler, hvorav mange, i likhet med det koherente energiskiftet til en atomisk De Broglie-bølge ved diffraksjon ved en tidsmodulert lysbølge, har blitt hjørnesteiner i dagens ultrakjelde atomeksperimenter. I 1999 forlot Zeilinger atomoptikk for eksperimenter med svært komplekse og massive makromolekyler- fullerener . Den vellykkede demonstrasjonen av kvanteforstyrrelser for disse C 60 og C 70 molekylene i 1999 åpnet for et veldig aktivt forskningsfelt. Nøkkelresultater inkluderer den mest presise kvantitative studien til dags dato av dekoherens ved termisk stråling og ved atomkollisjoner og den første kvanteinterferensen til komplekse biologiske makromolekyler. Dette arbeidet videreføres av Markus Arndt  [ de ] .

I 2005 startet Zeilinger med sin gruppe igjen et nytt felt, kvantefysikken til mekaniske utkragere. Gruppen var den første-i 2006 sammen med arbeid fra Heidmann i Paris og Kippenberg i Garching-som eksperimentelt demonstrerte selvkjøling av et mikrospeil ved strålingstrykk , det vil si uten tilbakemelding. Dette fenomenet kan sees på som en konsekvens av koblingen av et mekanisk system med høy entropi med et strålingsfelt med lav entropi. Dette arbeidet videreføres nå uavhengig av Markus Aspelmeyer .

Ved å bruke orbitale vinkelmomenttilstander kunne han demonstrere sammenfiltring av vinkelmoment opp til 300 ħ.

Ytterligere grunnleggende tester

Zeilingers program for grunnleggende tester av kvantemekanikk er rettet mot å implementere eksperimentelle realiseringer av mange ikke-klassiske trekk ved kvantefysikk for individuelle systemer. I 1998 ga han den siste testen av Bells ulikhet som lukket kommunikasjonshullet ved å bruke super raske tilfeldige tallgeneratorer. Gruppen hans innså også det første Bell-ulikhetseksperimentet som implementerte valgfrihetsbetingelsen og ga den første realiseringen av en Bell-test uten den rimelige prøvetakingsforutsetningen for fotoner. Alle disse eksperimentene er ikke bare av grunnleggende interesse, men også viktige for kvantekryptografi. I 2015, på samme tid som gruppen til Ronald Hanson ved Delft University of Technology og gruppen Sae-Woo Nam ved National Institute of Standards and Technology (NIST) , lukket Zeilingers gruppe lokaliteten og deteksjonshullene i Bell-eksperimenter, derved bekrefter kvantemekanikk og utelukker teorier som tilfredsstiller lokal årsakssammenheng og gir et definitivt bevis på at kvantekryptografi kan være ubetinget sikker.

Blant de ytterligere grunnleggende testene han utførte den mest bemerkelsesverdige, er hans test av en stor klasse av ikke -lokale realistiske teorier foreslått av Leggett . Gruppen av teorier ekskludert av det eksperimentet kan klassifiseres som de som tillater rimelig inndeling av ensembler i sub-ensembler. Det går betydelig utover Bells teorem . Mens Bell viste at en teori som er både lokal og realistisk er i strid med kvantemekanikken, vurderte Leggett ikke -lokale realistiske teorier der de enkelte fotonene antas å bære polarisering. Den resulterende Leggett -ulikheten ble vist å være krenket i eksperimentene fra Zeilinger -gruppen.

På en analog måte viste gruppen hans at selv kvantesystemer der sammenfiltring ikke er mulig, viser ikke-klassiske trekk som ikke kan forklares med underliggende ikke-kontekstuelle sannsynlighetsfordelinger. Det er forventet at disse sistnevnte forsøkene også vil åpne opp nye måter for kvanteinformasjon.

Nøytroninterferometri

Anton Zeilingers tidligste verk er kanskje hans minst kjente. Hans arbeid med nøytroninterferometri har gitt et viktig grunnlag for hans senere forskningsresultater. Som medlem av gruppen til avhandleren hans, Helmut Rauch , ved det tekniske universitetet i Wien , deltok Zeilinger i en rekke nøytroninterferometrieksperimenter ved Institut Laue - Langevin (ILL) i Grenoble. Hans aller første slike eksperiment bekreftet en grunnleggende forutsigelse av kvantemekanikk, tegnendringen av en spinorfase ved rotasjon. Dette ble fulgt av den første eksperimentelle erkjennelsen av sammenhengende spinnsuperposisjon av materiebølger . Han fortsatte arbeidet med nøytroninterferometri ved MIT med CG Shull ( nobelprisvinneren ), og fokuserte spesielt på dynamiske diffraksjonseffekter av nøytroner i perfekte krystaller som skyldes flerbølgesammenhengende superposisjon. Etter at han kom tilbake til Europa, bygde han opp et interferometer for veldig kalde nøytroner som foregikk senere lignende eksperimenter med atomer. De grunnleggende eksperimentene der inkluderte en mest presis test av kvantemekanikkens linearitet og et vakkert dobbeltspaltet diffraksjonseksperiment med bare ett nøytron om gangen i apparatet. Egentlig, i det eksperimentet, mens en nøytron ble registrert, neste nøytron fortsatt bodde i sitt Uran kjernen venter for fisjon skal skje.

Deretter, som en professor ved University of Innsbruck, Zeilinger startet eksperimenter på sammenfiltrede fotoner, som den lave fase plass tetthet av nøytroner som produseres av reaktorer utelukket deres anvendelse i slike eksperimenter. I hele sin karriere, fra TU Wien til Innsbruck og tilbake til Universitetet i Wien, har Zeilinger hatt en mest glødende effekt på arbeidet til både kollegaer og konkurrenter, og alltid lagt merke til forbindelser og utvidelser som skal undersøkes og ustanselig dele kommentarer som har forsterket kvantemekanikkfeltet fra grunnleggende til rent anvendt arbeid.

Heder og priser

Internasjonale premier og priser

Østerrikske premier og priser

Ytterligere distinksjoner

Utmerkede forelesninger

I populærkulturen

Zeilinger har blitt intervjuet av Morgan Freeman i sesong 2 av Through the Wormhole .

Referanser

Eksterne linker