Антон Цайлингер - Anton Zeilinger

Антон Цайлингер
Годани Зейлингер2011 2452 blackboard.jpg
фото: Дж. Годани (2011)
Родившийся (1945-05-20) 20 мая 1945 г. (возраст 75)
Рид-им-Иннкрайс, Австрия
НациональностьАвстрийский
ИзвестенКвантовая телепортация
Белл тестовые эксперименты
Эксперимент с испытателем бомбы Элицура – ​​Вайдмана
Штат Гринбергера – Хорна – Цайлингера
GHZ эксперимент
Сверхплотное кодирование
НаградыПремия Мемориала Клопстега (2004)
Медаль Исаака Ньютона (2007)
Премия Вольфа по физике (2010)
Научная карьера
ПоляФизик
УчрежденияВенский университет
Технический университет Мюнхена
Венский технический университет
Массачусетский Институт Технологий
Коллеж де Франс
Мертон-колледж, Оксфорд
ДокторантГельмут Раух
ДокторантыПан Цзяньвэй[1]
Томас Дженневейн[2]

Антон Цайлингер (Немецкий: [ˈTsaɪlɪŋɐ]; родился 20 мая 1945 г.) - австриец квант физик кто в 2008 году получил Инаугурационная медаль Исаака Ньютона из Институт Физики (Великобритания) за «его новаторский концептуальный и экспериментальный вклад в основы квантовая физика, которые стали краеугольным камнем для быстро развивающейся области квантовая информация ". Цайлингер профессор физики в Венский университет и старший научный сотрудник Институт квантовой оптики и квантовой информации IQOQI в Австрийская Академия Наук. Большая часть его исследований касается фундаментальных аспектов и приложений квантовая запутанность.

биография

Антон Цайлингер родился в 1945 году в Австрии. Венский технический университет и Университет Инсбрука. Он занимал приглашенные должности в Массачусетский Институт Технологий (MIT), в Университет Гумбольдта в Берлине, Мертон-колледж, Оксфорд и Коллеж де Франс (Chaire Internationale) в Париже. Награды Цайлингера включают Приз Вольфа по физике (2010 г.), инаугурационная Медаль Исаака Ньютона из ВГД (2007) и Международная премия короля Фейсала (2005). В 2005 году Антон Цайлингер был среди «10 человек, которые могут изменить мир», избранного британской газетой. Новый государственный деятель.[3][4] Он является членом семи научных академий. Антон Цайлингер в настоящее время является профессором физики в Венский университет и старший научный сотрудник Институт квантовой оптики и квантовой информации из Австрийская Академия Наук президентом которого он был недавно избран.[5] С 2006 года Цайлингер является заместителем председателя попечительского совета Институт науки и технологий Австрии, амбициозный проект, инициированный предложением Цайлингера. В 2009 году он основал Международную академию Траункирхена.[6] который посвящен поддержке одаренных студентов в области науки и техники. Он фанат Автостопом по галактике к Дуглас Адамс, дойдя до того, что назвал свой парусник 42.[7]

Работа

Антон Цайлингер - пионер в области квантовая информация и основ квантовая механика. Он впервые реализовал многие важные протоколы квантовой информации, в том числе квантовая телепортация независимого кубит, замена запутанности (т.е.телепортация запутанного состояния), сверхплотное кодирование (которое было первым протоколом на основе запутанности, когда-либо реализованным в эксперименте), основанное на запутанности квантовая криптография, в одну сторону квантовые вычисления и слепой квантовые вычисления. Его дальнейший вклад в экспериментальные и концептуальные основы квантовой механики включает многочастичные запутанность и материальная волна вмешательство полностью от нейтроны через атомы к макромолекулы Такие как фуллерены.

Квантовая телепортация

Наиболее широко известен его первый осознание квантовая телепортация независимого кубита.[8] Позже он расширил эту работу до разработки источника для свободного распространения телепортированных кубитов.[9] и совсем недавно квантовая телепортация на 144 километра между двумя Канарскими островами.[10] Квантовая телепортация - важная концепция многих протоколов квантовой информации. Помимо своей роли в передаче квантовой информации, он также рассматривается как важный возможный механизм для создания ворот внутри квантовых компьютеров.

Обмен запутывания - телепортация запутывания

Смена запутанности - это телепортация запутанного состояния. После его предложения,[11] Замена запутанности впервые была экспериментально реализована группой Цайлингера в 1998 году.[12] Недавно он был применен для проведения теста на замену сцепленности с отложенным выбором.[13] Обмен запутывания - важнейший компонент квантовых повторителей, которые, как ожидается, будут соединять квантовые компьютеры будущего.

Запутанность за пределами двух кубитов - GHZ-состояния и их реализации

Антон Цайлингер внес решающий вклад в открытие области многочастичной запутанности. В 1990 году он был первым, кто вместе с Гринбергером и Хорном работал над запутыванием более двух кубитов.[14] Полученная теорема ГХЦ (см. Штат Гринбергера – Хорна – Цайлингера ) является фундаментальным для квантовой физики, так как обеспечивает наиболее резкое противоречие между локальным реализмом и предсказаниями квантовой механики. Кроме того, государства GHZ открыли область многочастичной запутанности.

Удивительно, но многочастичные запутанные состояния обладают качественно другими свойствами по сравнению с двухчастичной запутанностью. В 1990-х годах главной целью исследований Цайлингера стало реализовать такие состояния GHZ в лаборатории, что потребовало разработки множества новых методов и инструментов.

Наконец, в 1999 году ему удалось предоставить первое экспериментальное свидетельство запутанности за пределами двух частиц.[15] а также первый тест квантовой нелокальности для состояний GHZ.[16] Он также был первым, кто осознал, что существуют разные классы многомерных запутанных состояний и предложил W-состояния. Сегодня многочастичные состояния стали важной рабочей лошадкой в ​​квантовых вычислениях, и, таким образом, GHZ-состояния даже стали отдельной записью в Код PACS.

Квантовая коммуникация, квантовая криптография, квантовые вычисления

В 1996 году Антон Цайлингер со своей группой реализовал сверхплотное кодирование.[17] Там можно закодировать в один кубит более одного классического бита информации. Это была первая реализация протокола квантовой информации с запутанным состоянием, когда можно достичь чего-то невозможного с помощью классической физики.

В 1998 г. (опубликовано в 2000 г.),[18] его группа была первой, кто реализовал квантовая криптография с запутанные фотоны. Группа Цайлингера в настоящее время также разрабатывает прототип квантовой криптографии в сотрудничестве с промышленностью.

Затем он также применил квантовую запутанность к оптическим квантовые вычисления, где в 2005 г.[19] он выполнил первую реализацию односторонних квантовых вычислений. Это протокол, основанный на квантовом измерении, предложенный Knill, Laflamme и Milburn.[20] Совсем недавно было показано[21] эти односторонние квантовые вычисления можно использовать для реализации слепых квантовых вычислений. Это решает проблему в Облачные вычисления, а именно, что какой бы алгоритм ни использовал клиент на квантовом сервере, оператор сервера совершенно не знает, то есть слепо.

Эксперименты Цайлингера и его группы по распределению запутанности на большие расстояния начались с квантовой связи и телепортации между лабораториями, расположенными по разные стороны реки, как в свободном пространстве, так и на основе волоконно-оптических кабелей. Дунай. Затем это было распространено на большие расстояния по городу Вена и более 144 км между двумя Канарские острова, что привело к успешной демонстрации того, что квантовая связь со спутниками возможно. Его мечта - вывести источники запутанного света на спутник на орбите.[7] Первый шаг был сделан во время эксперимента в итальянской обсерватории лазерной дальнометрии Матера.[22]

Дальнейшие новые запутанные состояния

Вместе со своей группой Антон Цайлингер внес большой вклад в реализацию новых запутанных состояний. Источник для пар поляризационно-запутанных фотонов, созданный с помощью Пол Квиат [де ] когда он был постдоком в группе Цайлингера[23] стал рабочей лошадкой во многих лабораториях по всему миру. Первая демонстрация запутанности орбитального углового момента фотонов[24] открыл новую развивающуюся область исследований во многих лабораториях.

Макроскопическая квантовая суперпозиция

Цайлингер также заинтересован в распространении квантовой механики на макроскопическую область. В начале 1990-х он начал эксперименты в области атомной оптики. Он разработал ряд способов когерентного управления атомными пучками, многие из которых, например, когерентный сдвиг энергии атомного пучка. Волна де Бройля при дифракции на модулированной во времени световой волне, стали краеугольным камнем сегодняшних экспериментов с ультрахолодным атомом. В 1999 году Цайлингер отказался от атомной оптики ради экспериментов с очень сложными и массивными макромолекулами - фуллерены. Успешная демонстрация квантовой интерференции для этих C60 и C70 молекулы[25] в 1999 г. открыла очень активную область исследований. Ключевые результаты включают наиболее точное на сегодняшний день количественное исследование декогеренции тепловым излучением и атомными столкновениями, а также первое квантовое вмешательство сложных биологических макромолекул. Эту работу продолжает Маркус Арндт.

В 2005 году Цайлингер со своей группой снова начал новую область - квантовую физику механических кантилеверов. Группа была первой - в 2006 году вместе с работами Хайдмана в Париже и Киппенберга в Гархинге - экспериментально продемонстрировала самоохлаждение микрозеркала с помощью радиационное давление, то есть без обратной связи.[26] Это явление можно рассматривать как следствие связи механической системы с высокой энтропией с полем излучения с низкой энтропией. Эта работа в настоящее время продолжается независимо Маркус Аспельмейер.

Совсем недавно, используя состояния орбитального углового момента, он смог продемонстрировать запутанность углового момента до 300 ħ.[27]

Дальнейшие фундаментальные испытания

Программа фундаментальных проверок квантовой механики Цайлингера направлена ​​на экспериментальную реализацию многих неклассических свойств квантовой физики для отдельных систем. В 1998 г.[28] он предоставил последний тест Неравенство Белла закрытие коммуникационной лазейки с помощью сверхбыстрых генераторов случайных чисел. Совсем недавно его группа также реализовала первый эксперимент с неравенством Белла, реализующий условие свободы выбора.[29] и совсем недавно[30] они предоставили первую реализацию теста Белла без допущения о справедливой выборке для фотонов. Все эти эксперименты представляют не только фундаментальный интерес, но и важны для квантовой криптографии. Наконец-то реализация квантовой криптографии на основе запутывания без лазеек обычно считается абсолютно безопасной от любого подслушивания.

Среди дальнейших фундаментальных проверок, которые он выполнил, наиболее заметным является его проверка большого класса нелокальных реалистических теорий, предложенных им. Леггетт.[31] Группа теорий, исключенных этим экспериментом, может быть классифицирована как те, которые допускают разумное разделение ансамблей на суб-ансамбли. Это значительно превосходит Теорема Белла. В то время как Белл показал, что теория, которая является одновременно локальной и реалистичной, противоречит квантовой механике, Леггетт рассматривал нелокальные реалистические теории, в которых предполагается, что отдельные фотоны несут поляризацию. Результирующий Неравенство леггетта было показано, что оно нарушается в экспериментах группы Цайлингера.[32]

Аналогичным образом его группа показала, что даже квантовые системы, в которых запутанность невозможна, демонстрируют неклассические особенности, которые нельзя объяснить лежащими в основе неконтекстуальными распределениями вероятностей.[33] Ожидается, что эти последние эксперименты также откроют новые пути для квантовой информации.

Нейтронная интерферометрия

Самая ранняя работа Антона Цайлингера, пожалуй, наименее известна. Его работа по нейтронной интерферометрии послужила важной основой для его дальнейших научных исследований. Как член группы научного руководителя, он работал над диссертацией. Гельмут Раух, на Венский технический университет, Цайлингер участвовал в ряде экспериментов по нейтронной интерферометрии на Institut Laue – Langevin (ILL) в Гренобле. Его самый первый такой эксперимент подтвердил фундаментальное предсказание квантовой механики - изменение знака спинорной фазы при вращении. Затем последовала первая экспериментальная реализация когерентной спиновой суперпозиции волны материи. Он продолжил свою работу в нейтронная интерферометрия в Массачусетский технологический институт с К.Г. Шулл (Нобелевский лауреат ), уделяя особое внимание динамическим дифракционным эффектам нейтроны в идеальных кристаллах, обусловленных многоволновой когерентной суперпозицией. По возвращении в Европу он создал интерферометр для очень холодных нейтронов, который предшествовал более поздним аналогичным экспериментам с атомами. Фундаментальные эксперименты включали в себя точнейшую проверку линейности квантовой механики и прекрасную двухщелевой дифракционный эксперимент только с одним нейтроном за раз в устройстве. Фактически, в этом эксперименте, когда был зарегистрирован один нейтрон, следующий нейтрон все еще находился в своем Уран ядро ожидает деления.

Затем, будучи профессором Университета Инсбрука, Цайлингер начал эксперименты с запутанными фотонами, поскольку фазовое пространство плотность нейтронов, производимых реакторами, не позволяла использовать их в подобных экспериментах. На протяжении всей своей карьеры, от Венского технического университета через Инсбрук и обратно до Венского университета, Цайлингер оказывал самое благоприятное влияние на работу своих коллег и конкурентов, всегда отмечая связи и расширения, которые необходимо исследовать, и неуклонно делясь замечаниями, которые улучшили область квантовой механики от фундаментальных до чисто прикладных работ.

Почести и награды

Международные премии и награды

Австрийские премии и награды

  • Großer Tiroler Adler Orden (2013)
  • Золотое украшение города Вены (2006)
  • Медаль Вильгельма Экснера (2005).[34]
  • Приз Иоганна Кеплера (2002)
  • Австрийское украшение для науки и искусства (2001 г., австрийский эквивалент ордена «За заслуги»)[35]
  • Провидец года в науке (2001)
  • Научная премия города Вены (2000)
  • Кардинал Innitzer Würdigungspreis (1997)
  • Австрийский ученый года (1996)
  • Младшая премия Фонда Теодора Кёрнера (1980)
  • Премия для молодых ученых, Фонд Кардинала Иннитцера (1979)
  • Приз города Вены за поощрение молодых ученых (1975 г.)

Дальнейшие различия

Рекомендации

  1. ^ "Проф. Цзянь-Вэй Пан". Архивировано из оригинал 4 марта 2016 г.. Получено 20 ноября 2015.
  2. ^ Томас Дженневейн (11 июня 2002 г.). «Эксперименты по квантовой связи и телепортации с использованием запутанных фотонных пар» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 20 ноября 2015 г.. Получено 20 ноября 2015.
  3. ^ «Десять человек, которые могли изменить мир». Новый государственный деятель. 8 января 2009 г.. Получено 30 мая 2011.
  4. ^ Макфадден, Джонджо (2005-10-17). "Антон Цайлингер". Новый государственный деятель. Архивировано из оригинал на 2011-06-07. Получено 2012-10-28. Джон Джо Макфадден о физике, который смог воплотить в жизнь мечту о телепортации
  5. ^ «Антон Цайлингер - новый президент Австрийской академии наук». Венский центр квантовой науки и технологий. 16 марта 2013. Архивировано с оригинал 13 октября 2014 г.. Получено 23 сентября 2013.
  6. ^ Международная Академия Траункирхен
  7. ^ а б Минкель-младший (1 августа 2007 г.). «Геданкенский экспериментатор». Scientific American. 297 (2): 94–96. Bibcode:2007SciAm.297b..94M. Дои:10.1038 / scientificamerican0807-94. PMID  17894178.
  8. ^ Д. Боумистер, Дж. У. Пан, К. Маттл, М. Эйбл, Х. Вайнфуртер и А. Цайлингер, Экспериментальная квантовая телепортация, Природа 390, 575–579 (1997). Абстрактный. Отобран в категории классических работ Nature «Оглядываясь назад» из архива Nature; один из «Наиболее цитируемых документов» ISI.
  9. ^ Ж.-В. Пан, С. Гаспарони, М. Аспельмейер, Т. Дженневейн и А. Цайлингер, Экспериментальная реализация свободно распространяющихся телепортированных кубитов, Природа 421, 721–725 (2003). Абстрактный.Выбран Международным институтом физики одним из десяти лучших в области физики в 2003 году.
  10. ^ X.-S. Ma, T. Herbst, T. Scheidl, D. Wang, S. Kropatschek, W. Naylor, B. Wittmann, A. Mech, J. Kofler, E. Anisimova, V. Makarov, T. Jennewein, R. Ursin & А. Цайлингер, Квантовая телепортация на 143 километра с использованием активной прямой связи, Природа 489, 269–273 (2012). Абстрактный.
  11. ^ М. Жуковски, А. Цайлингер, М. А. Хорн и А.К. Экерт, Готовые к событиям детекторы Эксперимент Bell с заменой запутанности, Phys. Rev. Lett. 71, 4287–90 (1993). Абстрактный.
  12. ^ Ж.-В. Пан, Д. Боумистер, Х. Вайнфуртер и А. Цайлингер, Экспериментальная замена запутанности: запутывание фотонов, которые никогда не взаимодействовали, Phys. Rev. Lett. 80 (18), 3891–3894 (1998). Абстрактный.
  13. ^ X.-S. Ма, С.Зоттер, Й. Кофлер, Р. Урсин, Т. Йенневейн, Ч. Брукнер и А. Цайлингер, Экспериментальная замена запутанности с отложенным выбором, Природа Физика 8, 479–484 (2012). Абстрактный.
  14. ^ Д. М. Гринбергер, М. А. Хорн, А. Шимони и А. Цайлингер, Теорема Белла без неравенств, Американский журнал физики 581990. Т. 1131–1143. Эта статья стала классикой цитирования.
  15. ^ D. Bouwmeester, J.-W. Пан, М. Даниэлл, Х. Вайнфуртер и А. Цайлингер, Наблюдение трехфотонной запутанности Гринбергера – Хорна – Цайлингера., Phys. Rev. Lett. 82 (7), 1345–1349 (1999). Абстрактный.
  16. ^ Ж.-В. Пан, Д. Боумистер, М. Даниэль, Х. Вайнфуртер и А. Цайлингер, Экспериментальная проверка квантовой нелокальности в трехфотонной запутанности Гринбергера-Хорна-Цайлингера, Природа 403, 515–519 (2000). Абстрактный.
  17. ^ К. Мэттл, Х. Вайнфуртер, П.Г. Квиат и А. Цайлингер, Плотное кодирование в экспериментальной квантовой коммуникации, Phys. Rev. Lett. 76, 4656–59 (1996). Абстрактный.
  18. ^ T. Jennewein, C. Simon, G. Weihs, H. Weinfurter и A. Zeilinger, Квантовая криптография с запутанными фотонами, Phys. Rev. Lett. 84, 4729–4732 (2000). Абстрактный. Эта статья была опубликована в нескольких научно-популярных журналах как в Интернете, так и в печати.
  19. ^ П. Вальтер, К.Дж. Реш, Т. Рудольф, Э. Шенк, Х. Вайнфуртер, В. Ведраль, М. Аспельмейер и А. Цайлингер, Экспериментальные односторонние квантовые вычисления, Природа 434 (7030), 169–176 (2005). Абстрактный.
  20. ^ Э. Книлл, Р. Лафламм и Г. Дж. Милберн, Схема эффективных квантовых вычислений с линейной оптикой, Природа 409, 46–52 (2001). Абстрактный.
  21. ^ С. Барз, Э. Кашефи, А. Бродбент, Дж. Ф. Фитцсимонс, А. Цайлингер и П. Вальтер, Демонстрация слепых квантовых вычислений, Наука 20, 303–308 (2012). Абстрактный.
  22. ^ П. Виллорези, Т. Дженневейн, Ф. Тамбурини, М. Аспельмейер, К. Бонато, Р. Урсин, К. Пернехеле, В. Лусери, Г. Бьянко, А. Цайлингер и К. Барбьери,Экспериментальная проверка возможности создания квантового канала между Космосом и Землей, Новый журнал физики 10, 033038 (2008).
  23. ^ П.Г. Kwiat, K. Mattle, H. Weinfurter, A. Zeilinger, A.V. Сергиенко и Ю. Ши, Новый высокоинтенсивный источник поляризационно-запутанных фотонных пар, Phys. Rev. Lett. 75 (24), 4337–41 (1995). Абстрактный.
  24. ^ А. Майр, А. Вазири, Г. Вейхс и А. Цайлингер, Запутанность состояний орбитального углового момента фотонов, Природа 412 (6844), 313–316 (2001). Абстрактный.
  25. ^ М. Арндт, О. Наирц, Дж. Восс-Андреа, К. Келлер, Г. ван дер Зоу и А. Цайлингер, Волново-частичный дуализм C60 молекулы, Природа 401, 680–682 (1999). Абстрактный. Выбран Американским физическим обществом в качестве главного физика 1999 года.
  26. ^ С. Гиган, Х. Р. Бём, М. Патерностро, Ф. Блазер, Г. Лангер, Дж. Б. Герцберг, К. Шваб, Д. Бойерле, М. Аспельмейер и А. Цайлингер, Самоохлаждение микрозеркала радиационным давлением, Природа 444, 67–70 (2006). Абстрактный. Выбрано как «Лучшее из новейшей литературы» Наука (Январь 2007 г.).
  27. ^ Р. Фиклер, Р. Лапкевич, В. Н. Плик, М. Кренн, К. Шефф, С. Рамелов и А. Цайлингер, Квантовая запутанность с большими угловыми моментами, Наука 338, 640–643 (2012). Абстрактный. Входит в топ-10 достижений 2012 года ВГД Мир физики. Также представлен в DPG’s Физический журнал.
  28. ^ Г. Вайс, Т. Дженневейн, К. Саймон, Х. Вайнфуртер и А. Цайлингер, Нарушение неравенства Белла при строгих условиях локальности Эйнштейна, Phys. Rev. Lett. 81 (23), 5039–5043 (1998). Абстрактный. Эта бумага классическая. Он цитируется (среди прочего) в статье немецкой Википедии о неравенстве Белла, а также в нескольких научно-популярных книгах и научных книгах для студентов университетов.
  29. ^ Т. Шейдл, Р. Урсин, Дж. Кофлер, С. Рамелов, X. Ма, Т. Хербст, Л. Ратшбахер, А. Федрицци, Н. К. Лэнгфорд, Т. Дженневейн и А. Цайлингер, Нарушение местного реализма со свободой выбора, PNAS 107 (46), 19709 – 19713 (2010). Абстрактный
  30. ^ М. Джустина и др., Проверка теоремы Белла без значительных петель с запутанными фотонами, Phys. Rev. Lett. 115, 250401 (2015) Абстрактный
  31. ^ А. Дж. Леггетт, Нелокальные теории скрытых переменных и квантовая механика: теорема несовместимости, Основы физики 33 (10), 1469–1493 (2003) (DOI: 10.1023 / A: 1026096313729) Абстрактный.
  32. ^ С. Грёблахер, Т. Патерек, Р. Кальтенбек, К. Брукнер, М. Жуковски, М. Аспельмейер и А. Цайлингер, Экспериментальная проверка нелокального реализма, Природа 446, 871–875 (2007). Абстрактный.
  33. ^ Р. Лапкевич, П. Ли, К. Шефф, Н. К. Лэнгфорд, С. Рамелов, М. Висняк и А. Цайлингер, Экспериментальная неклассичность неделимой квантовой системы, Природа 474, 490–493 (2011).Абстрактный
  34. ^ Редактор ÖGV. (2015). Медаль Вильгельма Экснера. Австрийская торговая ассоциация. ÖGV. Австрия.
  35. ^ «Ответ на парламентский вопрос» (PDF) (на немецком). п. 1436. Получено 25 ноября 2012.

внешняя ссылка