Премия Сержу Арошу (Serge Haroche) и Дэвиду Уайнланду (David Jeffrey Wineland) «абсолютно заслуженная, оба сделали в квантовой оптике по настоящему пионерские работы, в том числе и в последние годы», - так прокомментировал «Полит.ру» новость о присуждении Нобелевской премии по физике 2012 года доктор физико-математических наук, профессор Физического института Технологического университета Карлсруэ, победитель конкурса мегагрантов 2011 года, руководитель лаборатории сверхпроводящих материалов МИСиС, член управляющего комитета Российского Квантового Центра Алексей Устинов.
В свою очередь, член-корреспондент РАН, главный научный сотрудник Лаборатории оптики активных сред ФИАН Николай Колачевский был и удивлен и обрадован новостью о Нобелевской премии. «Я удивлен, что за квантовую оптику с такой завидной регулярностью за последние лет 20 дают Нобелевские премии. Мы видим, что квантовая оптика – неисчерпаемый источник интересных физических экспериментов, хотя если ее рассматривать в масштабе всей физики, то это – очень маленькая ее часть».
Николай Колачевский напомнил, что за последние годы Нобелевку по квантовой оптики присуждали уже не раз. «Среди известных за последние годы самые яркие – за лазерное охлаждение атомов, за оптическую Бозе-конденсацию, премия Жоресу Алферову 2000 года за квантовый лазерный излучатель. Кроме того, премия Хэншу, Глауберу и Джону Холлу в 2005 году за работы по спектроскопии и измерению оптических частот в квантовой оптике», – рассказал он. Он обратил внимание на то, что по сравнению с финансированием исследований на Большом адронном коллайдере, в области астрофизики и ядерной физики, на квантовую оптику нужны гораздо меньшие затраты.
По его словам, лауреаты 2012 года Серж Арош и Дэвид Уайнланд «являлись и являются пионерами, признанными лидерами в области квантовой оптики, а именно в области использования методов исследования взаимодействия отдельных квантовых систем с друг другом и излучением». Он рассказал, что общался с Сержем Арошем, слушал его лекции. С Уайнландом ему встречаться не приходилось, но между его группой в ФИАНе и группами двух Нобелевских лауреатов хорошие рабочие контакты. «Я всегда довольно хорошо был в курсе их работ», – отметил Колачевский.
Член-корреспондент РАН рассказал, что ближе всего ему исследования, которые выполнил Дэвид Уайнланд, так они связаны с оптическими квантовыми часами. «Уайнланд применил квантовые технологии, а именно произвел манипуляции отдельными атомами с помощью квантово-механических методов, для реализации самых точных в мире оптических часов. Эти часы по точности превосходят все известные на сегодняшний день часы», – подчеркнул Николай Николаевич.
Зачем нужны такие часы? «Во-первых, увеличение точности часов позволяет увеличить в целом точность позиционирования и глобальных систем спутниковой навигации, и выполнения физических экспериментов, которые удалены друг от друга на расстояние, и вы хотите синхронно что-то сделать, причем точность нужна очень высокая», – рассказал главный научный сотрудник ФИАН. – «Такие часы нужны и для астрофизических измерений с помощью радиотелескопов, и для задач навигации. Навигация – одна из наиболее важных задач».
Кроме того, такие часы «очень чувствительны к изменениям гравитационного поля. Если их поднять на 10 см или на 1 м, то это очень хорошо видно на их сигнале. Поэтому, возможно, в перспективе такие часы можно будет использовать для поиска полезных ископаемых, которые искажают гравитационное поле».
Говоря о научном вкладе Сержа Ароша, главный научный сотрудник ФИАН отметил, что тот «интересовался фундаментальными вопросами квантовой механики, процессами когерентности». В частности, он пытался разобраться как в реальности «происходит загадка, когда квантовая система находится в так называемом суперпозиционном состоянии, она и справа и слева одновременно». Колачевский напомнил об известном эксперименте, когда электрон проходил и через правую, и через левую щель одновременно.
Кроме того, Ароша интересовал и связанный с этим вопрос: «если на этот электрон поставить измерительный прибор, то исследователь фактически убивает это свойство квантово-механической системы, разрушает суперпозицию и система переходит либо вправо, либо влево. Т.е. кошка Шредингера становится либо мертвой, либо живой». Ученых всегда интересовало, как происходит это превращение волновой функции.
«Серж Арош поставил серию очень ярких экспериментов, которые позволили наблюдать динамику этого процесса фактически живьем, увидеть, как происходит коллапс волновой функции», – подчеркнул Николай Николаевич.
Если они будут реализованы, то позволят на тех принципах, которые заложены этими учеными, решать принципиально новые задачи: производить специфическую обработку данных, факторизацию чисел, решать задачи в области квантовой криптографии», – отметил Колачевский. – «Это не непосредственная тема их исследований, но они очень близко с ней связаны».
В заключение своего комментария он подчеркнул, что Ароша и Уайнланда объединяет то, что «они посвятили свои исследования изучению отдельных квантовых объектов, как ими управлять, как их научить взаимодействовать друг с другом». При этом оба физика возглавляют две разные научные группы, работающие в разных направлениях. «Если группа Уайнланда работала с ионами и ионными ловушками и с лазерным возбуждением ионов, то группа Ароша работала с отдельными охлажденными атомами в радиочастотном диапазоне». Тем не менее, принципы и методы работы этих двух научных групп во многом схожи. Они пытаются понять, как «считывать квантовую информацию, передавать от одной квантовой системы к другой, как ей манипулировать, как избегать декогерентности, как декогерентность происходит». По его мнению, очень важно, что Нобелевской премии были отмечены именно экспериментальные методы, которые были разработаны двумя учеными.
«Эти ученые не разработали новых фундаментальных принципов квантовой механики, но они опирались на те «мысленные эксперименты», которые изложил чуть ли не Шредингер», – пояснил Колачевский. – «Они добились очень ярких результатов по так называемому квантовому перепутыванию, когда квантовое состояние начинает охватывать не одну квантовую систему, а несколько. Они получили принципиально новые экспериментальные методы».
«Харош, а особенно Уайнланд смогли так грамотно применить новые методы, что точность оптических часов повысилась на несколько порядков сразу. Этого результата другие группы пока повторить не смогли. Это прорывный результат», – отметил главный научный сотрудник ФИАН, комментируя научный вклад двух Нобелевских лауреатов.
