Kvantti poikineen

Lokakuussa kerroin Garchingin kvanttioptikaan tutkimuskeskuksesta ja mainitsin, että fysiikan nobelit tulivat tänä vuonna samalla tieteen alalle. Tiedevartti kemian- ja fysiikanpalkinnoista on vielä Areenassa.
Maaliskuun fysiikan päiville Otaniemeen puhujaksi on kutsuttu prof. Bloch. aiheella "Ultracold quantum gases". Häntä siteerattiin Weltissä, kun Nobelit julkistettiin. Paikallinen puhuja on O.V. "täällä ei näperrellä" Lounasmaan laboration Sillanpää. Kvanttioptiikassa kuuluisa on myös Suomen Turussa.

Suomen fyysikkoseura oli ystävällisesti järjestänyt kaikille avoimen tämän vuoden nobelistien luentotilaisuuden Hgin yliopistolla. Physics Today kiteytti David Wineland used light to manipulate trapped atoms, and Serge Haroche used atoms to manipulate trapped light.


Ensimmäisenä oli Serge Harochen (Collège de France, École Normale Supérieure) ja sitten tauon jälkeen David Winelandin (NIST, Boulder, Coloradon yliopisto) esitys. Kumpikin toki tunsivat toisensa ennen palkintoa. Marokossa syntynyttä ranskalaista oli saapunut kuulemaan myös Ranskan suurlähettiläs. Yleisössä oli lukuisia ulkomaalaisia, mutta silti Aallon proffat jostain syystä pitivät esittelyt suomeksi, joskin näkyvilä oli englanninkielinen kalvo.

Herrat olivat tuoreessa virallisessa haastattelussa. Kuulemma on kiireistä ollut ja Tukholman talvi oli aiheuttanut Ameriikan miehen myöhästymisen bileistä.

Toinen esittelijä prof. Sillanpää on ollut post doccina kyseisessä NIST:ssä. Häntä haastateltiin yllä mainitussa Tiedevartissa. Eihän sitä tiedä vaikka Suomeenkin tulisi joskus fysiikan noobeli, koska toinen esittelijä siteerasi jonkin ruotsalaisen tutkimusta, jossa paras yhdistävä tekijä on ollut työskentely nobelistien kanssa. Tuo päti erinomaisesti tämän vuoden nobelisteihin, joiden about 40 vuoden uraan on mahtunut monta henkilöä. Kumpikin ovat syntyneet samana vuonna (1944).

Ei ole mitenkään yllättävää, että laboratoriossa työskennellyt Zeitin kirjoittaja kirjoitti, että joka sunnuntaisen laboratorion maastopyöräretken jälkeen Wineland meni toimistoon, oli paria tuntia aikaisemmin töissä kuin jutun kirjoittaja ja jäi vielä illalla seitsemän jälkeen. Kerran hän oli todennut, että aamulla viideltä herätessä hän lukee julkaisuja.
Tuosta kirjoituksesta, kuten Winelandin luentojen ja haastattelujen kiitoksista käy ilmi, että NISTissä hän saattoi keskittyä tutkimukseen ja hänen esihenkilönsä hoitivat rahoituksen. Tässä muuten Winelandin Nobel-luentovideo.

Useassa tapauksessa ensi on julkaistu teoreettinen paperi ja kokeen toteuttamiseen on mennyt luokkaa 20 vuotta. 1952 Schrödinger ei olisi uskonut, että yksittäisiä atomeja voidaan käsitellä, mutta siihen on päästy suprajohteiden ja laserien avulla. Hiukkastörmäytin tai kuplakammio voi nimittää post mortem anaylyysiksi. Haroche aloitti luentonsa sillä kokeiden historialla.Herroilta hieman jäi yleistajuinen abstract-osuus uupumaan luentojen alussa, että saattoi jäädä jähän epäselväksi, mitä oltiin ratkomassa, jos ei otsikko riitä.

Samantyyppistä puuhaa atomi-ionien ja kvantti-informaation kanssa tekee useampi kymmentä ryhmää parhaillaan.
Max Planckin Walther esim. keksivät suljetun ioniloukun, mutta ranskalaiset halusivat päästä parempaan tulokseen käyttämällä peilejä eikä kärsi aukon metallireunasta. Ulkoisia häiriöitä yritetään valttää tyhjiöllä ja toimimalla lähellä absoluuttista nollapistettä.

Atomilla on sisäinen energiataso (eletroniverho) ja ulkoinen (värähtely). Harcohen ryhmä sai fotonin kestämään peilien välissä 1/10 sekunnin (130 ms), jossa ajassa fotoni taivaltaa luokkaa 40'000 km. Lämmintä oli 0,8 K. Nämä pystyivät mittaamaan lähettämällä atomien peilien ohitse, mittamalla fotoni(e)n tilan/t tuhoamatta fotonia.

Kaavio ja tekninen selvistys on luettavissa Nobel-tiedotteesta (minä en ole fyysikko, joten ei toimita uskoa näihin höpinöihini).

Keskeistä kvanttifysiikassa on hiukkasen ja aallon dualismi, joka on tuttu lukion fysiikasta Yongin kaksoisrakokokeesta. Toisaalta hiukkasten superpositio ja kvanttien kytkeytyminen s.e. jos toisen tila muuttu niin toisenkin. Nykyinen ennätys kvanttiteleportaatiossa lienee 143 km. Entanglement on näköjään lomittuminen suomeksi.

Mielenkiintoinen kysymys on, että missä menee kvantti- ja klassisen fysiikan rajat.

Suhteellisuusteoria ja atomikelloista on hyöytyä satelliittipaikantamisessa sillä muuten mennään kilometritolkulla metsään. GPS-paikannuksesta puhutaan 50 ns tarkkuudesta.
NISTin laboratoriossa on kehitetty atomikelloa, jolla voi havaita painovoiman potentiaaline punasiirtyvän, kun pöydän korkeutta muutetaan 30 cm. Mittaustuloksessa puhutaan 10^-18 skaalasta. Kenties seismografiassa on hyötyä.

Ramsay, jonka labrassa Wineland oli mukana Cesium atomikellon kehittämisess, otti ja kuoli viime vuonna.

Mittaustekniikan keskuksessa, jonka ovenpielestä voi tarkistaa kellon riittävällä tarkkuudella,  tavoitellaan myös siirrettävää atomikelloa, mutta siinä ioni on Sr. Tiedotteessa kerrotaan, että radiotaajuusloukusta tuli Nobel 1989 (Dehmelt, Paul ja Ramsay) ja laserjäähdytyksestä 1997. Max Plackin Hänsch sai nobelin Roy Glauberin ja John Hallin kanssa taajuuskampatekniikan kehittämisestä, että ionin värähtelyitä voitaisiin laskea. Hänsch ja Schwalow esittivät laserjäähdytystä neutraaleille atomeille 1975, samana vuonna kuin Wineland ja Dehmelt varatuille (ioneille).
Mittaustekniikan ioni värähtelee 444'779'044'095'484 kertaa sekunnissa, mikä on huomattavasti SI mittauyksikkönä käytetyn cesiumin värähtely 9'192'631'770

Wineland puhui paljon, miten energiatiloja hilataan kohti perustilaa.

Kissanpäivä.

Kumpikin käytti esimerkkinä Schrödingerin kissaa. Winelandin versiossa 80 nm  etäisyydellä olevat 10 nm superpositiot olivat artikkelin arvioijan mielestä vielä liian pieni karvakasa edes kissanpennuksi
Laatikossa oleva kissasta ei tiedä onko se elossa vai kuollut ja että onko kissan tappanut radioaktiinen satunnaisesti tapahtunut ytimen hajoaminen tapahtunut. Sitä ei voi tarkistaa sillä sitten se kuolee laatikon avauksessa vapautuvaan myrkkyyn. Kvanttien mittamisessa on myös ongelma, että mitattaessa tila muuttuu (epätarkkuusperiaate).

Ranskalainen kehui laboratorian ilmapiiriä ja vitsaili tyyliin, ettei siellä tarvitse teeskennellä, että ensi vuonna on kvattitietokone. Tosin heidän keksinnöllään mahdollistetaan kubittien tilan kommunikointi fotonien avulla.

Winelandin ryhmä pystyi välittämään ioninien superposition toisiin ioneihin. He onnistuivat ensimmäinsenä tekemään kahden kubitin operaation (conrolled NOT gate) ja nykyään on onnistuttu jo 14 kubittia jollain tavalla kytkemään.. Teoreettinen paperi ioniluokun käyttämisestä näin oli 1995 Boulderissä työskennelleen itävaltalaisen Zollerin ja Ciracin.

Kvanttitietokoneessa kubitti voi olla samanaikaisesti ykkönen ja nolla (superpositio). Herra Shor esitti algoritmin luvun jaksamiseksi tekijöihin kvanttitietokoneella polynomisessa ajassa (eikä siis tarvita eksponentiaalista määrää laskentaoperaatiota syötteen kokoon nähden). Silloin  RSA-algoritmi menettää tehonsa. IBM on jo onnistunut jakamaan luvun 21 tekijöihinsä. Siksi on jo alettu kehittää kvanttisalausmenetelmiä, jotka eivät murru kvanttitietokoneella.

Paikkakunnilla kuten  Innsbruckissa ja Heidelbergissä tehdään maailmanluokan tutkimusta alalla.

---

ne humanistit...

 Hienot penkki.

 Päärakennuksessa on näyttely yliopiston tuoleista. Tämä tässä on niistä varmaan se erikoisin. 1970-luvulla valmistettiin kantotuoli, jotta isompikin ryhmä kuin neljä henkeä voi kantaa kunniantekotarkoituksessa promootiotanssiaisissa.

 Farmasian laitoksen Windsor-tyylinen tuoli 1800-l. puolivälistä.

 Tiedekuntien puheenjohtajien tuleja.

Konsistorin jakkuja.

 Yliopiston juhlasalin, jossa mm. järjestettiin paljon konsertteja, hienot tuolit ilmeisesti vuodelta 1945, joissa on Dora Jungin kankaat. Nämä ovat tosin jäljennöksiä.