05.12.2014
Artikel

Fysiker flytter kvantegrænser

Teleportation. Atomare skyer. Hukommelse for lys. Professor Eugene Polzik er internationalt berømt for sine opdagelser inden for kvanteinformation. I år modtager han DM’s forskningspris for naturvidenskab og teknik.

Af Lisbeth Ammitzbøll
Stedet kunne ikke være mere velvalgt. Professor Eugene Polzik arbejder i selvsamme bygning, som engang rummede Niels Bohrs intense stræben efter at forstå atomare partiklers opførsel.

Siden har generationer af fysikere søgt dybere ned og højere op og længere væk og tættere på, alt sammen samtidigt, for sådan er kvantefysikkens verden. Partikler lystrer ikke den klassiske fysiks love, hvor position, fart og impuls kan slås fast. I kvantemekanikkens univers kan partikler være og ikke være i en udefineret tilstand, som forandres, når vi kigger. Og de kan være i superposition af impuls.

“Man kan forestille sig partiklen som en lille magnetisk snurretop, der kan vende mod både nord og syd samtidig”, fortæller Eugene Polzik, der er en af verdens bedste forskere til at udnytte denne særhed ved verdens mindste ting. Et af hans forskningsfelter er kvanteinformation, hvor for eksempel ordet kryptering får helt ny betydning.

“Moderne kommunikation består i, at fotoner bliver sendt gennem optiske kabler. I dag kan vi kode informationen i en superposition af, om der er en foton eller ej. Den bliver altså sendt og ikke sendt på samme tid. Det betyder, at vi kan overføre information på en måde, hvor selve fysikkens love beskytter indholdet, så ingen kan kigge på det, og ingen kan stjæle det, fordi det ikke eksisterer veldefineret, før det bliver målt”.

Teleportation
Som en af de første forskere i verden har Eugene Polzik overført kvantemekanisk information over meget store afstande. Det kaldes teleportation.

Først lykkedes det for ham og hans kolleger at teleportere tilstanden af en lyspuls fra et sted til et andet, dernæst i 2006 at teleportere fra lys til atomer og endelig i 2013 at teleportere mellem atomer langt fra hinanden.

“Det er meget forskelligt fra Star Trek”, understreger Polzik.

“Udfordringen ved teleportation er, at vi ikke kan sende information om et atom, der er i en tilstand af superposition ved at se på det, for så snart jeg kigger på det, ser jeg enten nord eller syd. Så man sender informationen, uden at vide hvad man sender. Vi sender informationen gennem to kanaler, og når vi forener de to sæt informationer ved modtagelsen, bliver tilstanden af kvantesuperposition reetableret. Den oprindelige information er ødelagt”.

Før kanalerne kan bruges, skal partiklerne bringes i en tilstand af sammenfiltring.

“En stor udfordring er at skabe sammenfiltrede tilstande, bevare den og bruge den til teleportation. Hidtil har man troet, at kun få partikler kunne teleporteres, men det er lykkedes os at teleportere relativt store objekter, for eksempel en gas med 10¹² atomer. Det er vi ret stolte af”.

Tæt på grænsen
Eugene Polzik er russiskfødt amerikansk statsborger og har arbejdet i USA og flere andre lande, før han kom til Danmark for tyve år siden.

Han har haft afgørende betydning for opdagelsen af, at man kan gemme information i atomare skyer. Han var den første til at realisere kvante­hukommelse for lys, og hans evne til at kontrollere og begrænse kvantestøj har ført til blandt andet ultrapræcise ure.

“Kvantefysikken er en af de mest succesfulde teorier, som menneskeheden har, og dens love står fast. Lige meget hvor meget vi forsker, kan vi ikke ændre på de begrænsninger, som kvantefysikkens og kvantemekanikkens love sætter. Intet kan bevæge sig hurtigere end med lysets hastighed for eksempel. Alligevel forsøger vi i disse år at skubbe til de grænser og presse dem og søger helt ud til de yderste decimaler. Disse år er en utrolig spændende tid at være kvantefysiker i. Vi er tæt på grænsen for, hvad der er muligt”.

Derfor får han prisen
Sådan skriver bedømmelsesudvalget:

“Eugene Polzik har haft afgørende betydning for opdagelsen af, at man kan gemme information i atomare skyer. Han har endvidere været banebrydende ved som en af de første at overføre kvantemekanisk information over store afstande, såkaldt teleportation. Samtidig er Eugene Polzik en af verdens førende til at kontrollere og begrænse kvantestøj. Han har bidraget afgørende til at sætte Danmark på verdenskortet inden for kvanteinformation og er en fornem repræsentant for det bedste af dansk og international grundforskning”.