Антон Цайлингер - Anton Zeilinger
Антон Цайлингер | |
---|---|
Родился |
|
20 мая 1945 г.
Национальность | Австрийский |
Известен |
Квантовая телепортация Тестовые эксперименты Белла Эксперимент с тестером бомбы Элицура – Вайдмана Состояние Гринбергера – Хорна – Цайлингера GHZ эксперимент Сверхплотное кодирование |
Награды |
Премия Мемориала Клопстега (2004 г.) Медаль Исаака Ньютона (2007 г.) Премия Вольфа по физике (2010 г.) |
Научная карьера | |
Поля | Физика , Квантовая механика |
Учреждения |
Венский университет Технический университет Мюнхена Технический университет Вены Массачусетский технологический институт Collège de France Колледж Мертон, Оксфорд |
Докторант | Гельмут Раух |
Докторанты |
Стефани Барз Цзянвэй Пан Томас Дженневейн |
Цайлингер ( немецкий: [tsaɪlɪŋɐ] ; родился 20 мая 1945) является австрийским квантовым физиком , который в 2008 году получил инаугурационной Исаак Ньютон медаль из Института физики (Великобритания) для «его новаторского концептуального и экспериментального вклада основ квантовой физики , которые стали краеугольным камнем быстро развивающейся области квантовой информации ". Цайлингер - профессор физики Венского университета и старший научный сотрудник Института квантовой оптики и квантовой информации IQOQI Австрийской академии наук . Большинство его исследований касается фундаментальных аспектов и приложений квантовой запутанности .
биография
Антон Цайлингер родился в 1945 году в Австрии, работал в Венском техническом университете и Инсбрукском университете . Он работал в качестве приглашенных в Массачусетском технологическом институте (MIT), в Университете Гумбольдта в Берлине, Мертон-колледже в Оксфорде и в Коллеж де Франс (Chaire Internationale) в Париже. Награды Цайлингера включают премии Вольфа по физике (2010), Учредительный Исаака Ньютона медаль в ВГД (2007) и Международной премии имени Короля Фейсала (2005). Он является членом семи научных академий. Цайлингер настоящее время является профессором физики в Университете Вены и старший научный сотрудник Института квантовой оптики и квантовой информации о Австрийской академии наук в которой Президиум недавно он был избран. С 2006 года Цайлингер является заместителем председателя попечительского совета Австрийского института науки и технологий - амбициозного проекта, инициированного Цайлингером. В 2009 году он основал Международную академию Traunkirchen, которая занимается поддержкой одаренных студентов в области науки и технологий. Он является поклонником « Автостопом по галактике » Дугласа Адамса , который даже назвал свою яхту 42 .
Работа
Цайлингер работает над основами квантовой механики . Вместе с Дэниелом Гринбергером и Майклом Хорном он открыл новые противоречащие интуиции особенности трех- и четырехчастичных состояний. Он был первым со своей командой, кто реализовал эти эксперименты. Это открыло область многочастичной интерференции и многочастичных квантовых корреляций. Используя разработанные там методы, он выполнил первую квантовую телепортацию независимого кубита . За этим последовала реализация обмена запутанностью , наиболее интересной концепции, при которой запутанное состояние телепортируется.
За этой работой последовали многочисленные проверки неравенств Белла , в том числе Тест Космического Колокола . Другие фундаментальные эксперименты касались нелокальных реалистических теорий Леггетта , проверки квантовой контекстуальности в экспериментах Кохена-Шпекера и экспериментов по нелокальному управлению Шредингером с запутанными состояниями.
Многие из этих результатов стали актуальными при развитии квантовой информационной технологии, где он также провел новаторские эксперименты. Его эксперимент по квантовому плотному кодированию был первым, в котором запутанность использовалась для демонстрации примитивов, невозможных в классической физике . Он также реализовал первый эксперимент по квантовой криптографии, основанный на запутанности, а затем - квантовую коммуникацию на все больших расстояниях и, реализовав состояния более высокой размерности, с увеличивающейся информационной емкостью. Возможные приложения также включают односторонние квантовые вычисления и слепые квантовые вычисления . Среди его дальнейших вкладов в экспериментальные и концептуальные основы квантовой механики - интерференция волн материи от нейтронов через атомы до макромолекул, таких как фуллерены .
Квантовая телепортация
Наиболее широко известна его первая реализация квантовой телепортации независимого кубита. Позже он расширил эту работу до разработки источника для свободного распространения телепортированных кубитов и квантовой телепортации на расстояние более 144 километров между двумя Канарскими островами. Квантовая телепортация - важная концепция многих протоколов квантовой информации. Помимо своей роли в передаче квантовой информации, он также рассматривается как важный возможный механизм для построения ворот внутри квантовых компьютеров.
Обмен запутывания - телепортация запутывания
Смена запутанности - это телепортация запутанного состояния. После этого предложения перестановка запутанности была впервые экспериментально реализована группой Цайлингера в 1998 году. Затем он был применен для проведения теста перестановки запутанности с отложенным выбором. Обмен запутывания - ключевой 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 Дэниелом Гринбергером и Майклом Хорном работал над запутыванием более двух кубитов. Полученная в результате теорема GHZ (см. Состояние Гринбергера – Хорна – Цайлингера ) является фундаментальной для квантовой физики, поскольку она обеспечивает наиболее лаконичное противоречие между локальным реализмом и предсказаниями квантовой механики.
Состояния GHZ были первыми исследованными примерами многочастичной запутанности. Удивительно, но многочастичные запутанные состояния демонстрируют качественно другие свойства 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 доказательство запутанности за пределами двух частиц, а также первый тест квантовой нелокальности для состояний GHZ. Он также был первым, кто понял, что существуют различные 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 коде PACS .
Квантовая коммуникация, квантовая криптография, квантовые вычисления
В 1996 году Антон Цайлингер со своей группой реализовал сверхплотное кодирование. Там можно закодировать в один кубит более одного классического бита информации. Это была первая реализация протокола квантовой информации с запутанным состоянием, где можно достичь чего-то невозможного с помощью классической физики.
В 1998 году (опубликовано в 2000 году) его группа первой реализовала квантовую криптографию с запутанными фотонами . Группа Цайлингера в настоящее время также разрабатывает прототип квантовой криптографии в сотрудничестве с промышленностью.
Затем он также применил квантовую запутанность к оптическим квантовым вычислениям , где в 2005 году он выполнил первую реализацию односторонних квантовых вычислений. Это протокол, основанный на квантовом измерении, предложенный Knill, Laflamme и Milburn. Совсем недавно было показано, что односторонние квантовые вычисления могут использоваться для реализации слепых квантовых вычислений. Это решает проблему облачных вычислений , а именно то, что какой бы алгоритм ни использовал клиент на квантовом сервере, оператор сервера полностью 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 Дунай, как в свободном пространстве, так и на основе оптоволокна . Затем он был расширен на большие расстояния через Вену и более 144 км между двумя Канарскими островами , что привело к успешной демонстрации возможности квантовой связи со спутниками. Его мечта - вывести источники запутанного света на спутник на орбите. Первый шаг был сделан во время эксперимента в итальянской обсерватории лазерного дальномера Матера.
Дальнейшие новые запутанные состояния
Вместе со своей группой Антон Цайлингер внес большой вклад в реализацию новых запутанных состояний. Источник для пар запутанных поляризацией фотонов, разработанный Полом Квиатом когда он был постдоком в группе Цайлингера, стал рабочей лошадкой во многих лабораториях по всему миру. Первая демонстрация запутанности орбитального углового момента фотонов открыла 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, такие как когерентный сдвиг энергии атомной волны Де Бройля при дифракции на модулированной во времени световой волне, стали краеугольными камнями сегодняшних экспериментов с ультрахолодным атомом. В 1999 году Цайлингер отказался от атомной оптики в пользу экспериментов с очень сложными и массивными макромолекулами - фуллеренами . Успешная демонстрация квантовой интерференции для этих молекул C 60 и C 70 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 занялся новой областью - квантовой физикой механических кантилеверов. Группа была первой - в 2006 году вместе с работами Хайдмана в Париже и Киппенберга в Гархинге - экспериментально продемонстрировала самоохлаждение микрозеркала под действием радиационного давления , то есть без обратной связи. Это явление можно рассматривать как следствие связи высокоэнтропийной механической системы с низкоэнтропийным полем излучения. Эта работа теперь независимо продолжается Маркусом Аспельмейером .
Используя состояния орбитального углового момента, он смог продемонстрировать запутанность углового момента до 300 ħ.
Дальнейшие фундаментальные тесты
Программа фундаментальных проверок квантовой механики Цайлингера направлена на экспериментальную реализацию многих неклассических особенностей квантовой физики для отдельных систем. В 1998 году он провел заключительную проверку неравенства Белла, закрывающую лазейку в коммуникации, с помощью сверхбыстрых генераторов случайных чисел. Его группа также реализовала первый эксперимент с неравенством Белла, реализующий условие свободы выбора, и предоставила 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. В 2015 году, одновременно с группой Рональда Хэнсона из Делфтского технологического университета и группой Сае-Ву Нама из Национального института стандартов и технологий (NIST) , группа Цайлингера закрыла лазейки для определения местоположения и обнаружения в экспериментах Белла. тем самым подтверждая квантовую механику и исключая теории, удовлетворяющие локальной причинности, и обеспечивая окончательное доказательство того, что квантовая криптография может быть безоговорочно безопасной.
Среди дальнейших фундаментальных проверок, которые он выполнил, наиболее заметным является его проверка большого класса нелокальных реалистических теорий, предложенных Леггеттом . Группа теорий, исключенных этим экспериментом, может быть классифицирована как те, которые допускают разумное разделение ансамблей на суб-ансамбли. Это значительно превосходит теорему Белла . В то время как Белл показал, что теория, которая является одновременно локальной и реалистичной, расходится с квантовой механикой, Леггетт рассматривал нелокальные реалистические теории, в которых предполагается, что отдельные фотоны несут поляризацию. Полученное неравенство Леггетта нарушается в экспериментах группы Цайлингера.
Аналогичным образом его группа показала, что даже квантовые системы, в которых запутанность невозможна, демонстрируют неклассические особенности, которые не могут быть объяснены лежащими в основе неконтекстными распределениями вероятностей. 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 более поздних исследовательских достижений. В составе группы его научного руководителя Гельмута Рауха в Техническом университете Вены Цайлингер участвовал в ряде экспериментов по нейтронной интерферометрии в Институте Лауэ – Ланжевена (ILL) в Гренобле. Его самый первый подобный эксперимент подтвердил фундаментальное предсказание квантовой механики - изменение знака спинорной фазы при вращении. Затем последовала первая экспериментальная реализация когерентной спиновой суперпозиции волн материи . Он продолжил свою работу в области нейтронной интерферометрии в Массачусетском технологическом институте вместе с К. Г. Шуллем ( лауреатом Нобелевской премии ), уделяя особое внимание динамическим дифракционным эффектам нейтронов в идеальных кристаллах, которые возникают из-за многоволновой когерентной суперпозиции. По возвращении в Европу он создал интерферометр для очень холодных нейтронов, который предшествовал более поздним аналогичным экспериментам с атомами. Фундаментальные эксперименты включали в себя наиболее точную проверку линейности квантовой механики и красивый эксперимент по дифракции с двумя щелями, в котором одновременно находился только один нейтрон. Фактически, в этом эксперименте, когда был зарегистрирован один нейтрон, следующий нейтрон все еще находился в своем урановом ядре, ожидая деления.
Затем, будучи профессором Университета Инсбрука, Цайлингер начал эксперименты с запутанными фотонами, поскольку низкая фазовая пространственная плотность нейтронов, производимых реакторами, препятствовала их использованию в таких 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 ситуацию. область квантовой механики от фундаментальных до чисто прикладных работ.
Почести и награды
Международные премии и награды
- Приз Micius Quantum, Фонд Micius Quantum (2019, вместе со Стивеном Визнером , Чарльзом Х. Беннеттом , Жилем Брассаром , Артуром Экертом и Паном Цзянвэем )
- Премия Коццарелли, PNAS и Национальная академия наук (2019, с Алексеем А. Мельниковым, Хендриком Поульсеном Наутрупом, Марио Кренном, Ведраном Дунько, Маркусом Тиршем и Хансом Бригелем )
- Премия Джона Стюарта Белла за исследования фундаментальных вопросов квантовой механики и их приложений, Университет Торонто (2017, с Рональдом Хэнсоном и Сэ Ву Намом)
- Медаль Сената Чехии (2017)
- Премия Уиллиса Э. Лэмба, конференция по физике квантовой электроники (PQE) (2016, со Стивеном Э. Харрисом , Мачей Левенштейном и Джоном Мэди )
- TWAS премия , Всемирная академия наук (2015)
- Медаль Академии Гейдельбергской академии наук и гуманитарных наук (2015)
- Medaille du Collège de France (2015)
- Медаль Национальной академии наук Беларуси (2014 г.)
- Медаль Урания, Урания Берлин (2013)
- Финалист Мировой технологической премии в области коммуникационных технологий, World Technology Network (2012)
- Медаль Бен-Гуриона, Университет Бен-Гуриона в Негеве (2010 г.)
- Премия Вольфа по физике, Фонд Вольфа (2010, с Аленом Аспектом и Джоном Клаузером )
- Крест больших заслуг со звездой ордена за заслуги перед Федеративной Республикой Германия (2009 г.)
- Грант ERC Advanced, Европейский исследовательский совет (2008 г.)
- Премия квантовой коммуникации, Университет Тамагавы (2008)
- Инаугурационная медаль Исаака Ньютона , Институт физики (2008 г.)
- Премия квантовой электроники, Европейское физическое общество (2007)
- King International Prize Фейсал , король Фейсал фонд (2005)
- Премия Декарта , Европейский Союз (2005)
- Медаль Лоренца-Окена, Общество немецких ученых и врачей (2004 г.)
- Премия имени Клопстега , Американская ассоциация учителей физики (2004 г.)
- Премия Сарториуса, Sartorius AG (2003 г.)
- Орден Pour le Mérite для искусств и наук (2001)
- Премия старшего научного сотрудника Гумбольдта, Фонд Александра фон Гумбольдта (2000)
- Премия Европейской оптики, Европейское оптическое общество (1997)
- Европейский лектор (1996)
- Приз Vinci d'Excellence (1995)
Австрийские премии и награды
- Большой золотой знак отличия за заслуги перед Веной, городом Вена (2018 г.)
- Большой почетный знак за заслуги перед Австрийской Республикой (2015 г.)
- Тиролер Адлер Орден, Правительство земли Тироль (2013)
- Большое золотое украшение, город Вена (2006)
- Медаль Вильгельма Экснера , Австрийская торговая ассоциация (2005 г.).
- Премия Иоганна Кеплера, Правительство земли Верхняя Австрия (2002)
- Австрийский орден науки и искусства , Австрийская Республика (2001, австрийский эквивалент Ордена за заслуги)
- Провидец года в науке (2001)
- Научная премия города Вены (2000)
- Кардинал Innitzer Würdigungspreis, Римско-католическая архиепископия Вены (1997)
- Австрийский ученый года (1996)
- Младшая премия Фонда Теодора Кёрнера (1980)
- Премия для молодых ученых, Фонд Кардинала Инницера (1979)
- Приз города Вены за поощрение молодых ученых (1975 г.)
Дальнейшие различия
- Почетные докторские степени Берлинского университета Гумбольдта (2005 г.), Гданьского университета (2006 г.), Национальной академии наук Украины (2015 г.), Техниона (2020 г.), Аспирантуры Окинавского института науки и технологий (2020 г., церемония награждения) отложено из-за ограничений COVID) и Израильского технологического института (2020, церемония награждения отложена из-за ограничений COVID)
- Почетные профессора Китайского университета науки и технологий (1996 г.), Нанкинского университета (2016 г.) и Сианьского университета Цзяотун (2019 г.)
- Член Немецкой академии наук Леопольдина , Берлин-Бранденбург , Австрийской , Словацкой академий наук, Национальной академии наук Беларуси , Academia Scientiarum et Artium Europaea , Сербской академии наук и искусств , Academia Europaea и Французской Академии des Sciences
- Иностранный почетный член Румынской академии наук
- Иностранный член Китайской академии наук (CAS)
- Иностранный член Российской академии наук
- Иностранный член Национальной академии наук США
- Член Американского физического общества , Американской ассоциации развития науки (AAAS), Всемирной академии наук (TWAS) и Оптического общества Америки (OSA)
- Иностранный научный сотрудник Национальной академии наук Беларуси
- Socio Corrispondente Straniero, Галилейская академия
- Астероид 48681 Цайлингер назван в честь его 60-летия (2005 г.)
- В 2005 году Антон Цайлингер был среди «10 человек, которые могут изменить мир», избранного британской газетой New Statesman .
Выдающиеся лекции
- Лекция в память о С. Н. Бозе, Национальный центр фундаментальных наук им. С. Н. Боса , Индия (2021 г.)
- Историческая лекция по физике Дэвида М. Ли, Гарвардский университет , США (2019)
- Лекции Бете, Корнельский университет , США (2016 г.)
- Лекция Чжуншань, Нанкинский университет , Китай (2016 г.)
- Лекция в память Роберта Хофштадтера, Стэнфордский университет , США (2015 г.)
- Лекция в память о Монтролле, Университет Рочестера , США (2014 г.)
- Лекция памяти Герцберга, Канадская ассоциация физиков , Канада (2012)
- Лекции Рака по физике , Еврейский университет , Израиль (2012)
- Лекции памяти Червелл-Саймона, Оксфордский университет , Великобритания (2012 г.)
- Festkolloquium, 500. Семинар WE-Heraeus, Heraeus-Stiftung, Бад-Хоннеф , Германия (2012)
- Серия открытых лекций проректора, Кейптаунский университет , ЮАР (2011 г.)
- Лекция Марка В. Земанского, Городской колледж Нью-Йорка , США (2011 г.)
- Лекция Ван Влека, Миннесотский университет , США (2011 г.)
- Лекция Оккама, Мертон-колледж , Оксфордский университет , Великобритания (2010 г.)
- Лекция памяти Дворжака, Пражский университет , Чешская Республика (2010 г.)
- Лекция по Цельсию, Уппсальский университет , Швеция (2010 г.)
- Лекции Карла Фридриха фон Вайцзеккера, Гамбургский университет , Германия (2009 г.)
- Фествортраг, 150 лет со дня рождения Макса Планка, Общество Макса Планка , Немецкое физическое общество , Берлин-Бранденбургская академия наук , Университет Гумбольдта в Берлине , Германия (2009)
- Первый коллоквиум Кавли, Институт нанонауки Кавли , Технологический университет Делфта , Нидерланды (2009 г.)
- Лекция о премии Ньютона, Институт физики , Великобритания (2008 г.)
- Лекция памяти Ашера Переса, Технион , Израиль (2008 г.)
- Лекция Вольфганга-Пауля, Боннский университет , Германия (2007 г.)
- Седьмая стипендия Иоганнеса Гутенберга, Университет Йоханнеса Гутенберга, Майнц, Германия (2006 г.)
- Коллоквиум Ehrenfestii, Лейденский университет , Нидерланды (2004 г.)
- Лекция Ангстрема, Уппсальский университет , Швеция (2003 г.)
- Лекция в память о Амосе де-Шалите, Институт Вейцмана , Израиль (2003 г.)
- Мемориальная лекция Солли Коэна и Шимона Офера, Институт физики Рака, Еврейский университет Иерусалима , Израиль (2003 г.)
- Лекция Шредингера, Имперский колледж , Великобритания (2003 г.)
- Лекция Нильса Бора, Копенгагенский университет , Дания (2003 г.)
- Лекция Шредингера, Тринити-колледж , Ирландия (1999)
- Уэльский лекция по физике HL, Университет Торонто , Канада (1997)
- Коллоквиум Ehrenfestii, Лейденский университет , Нидерланды (1996 г.)
В популярной культуре
Цайлингер дал интервью Моргану Фриману во втором сезоне сериала « Сквозь червоточину» .
использованная литература
внешние ссылки
У Схолии есть профиль Антона Цайлингера (Q78610) . |
- Публикации Антона Цайлингера, проиндексированные Google Scholar
- Биографическая справка Антона Цайлингера
- «Проф. Доктор Антон Цайлингер» . Венский центр квантовой науки и технологий. Архивировано из оригинала на 2016-04-17 . Проверено 23 июня 2016 .
- Квантовая телепортация на Zeilinger , 2003 обновления 2000 Scientific American статьи
- Ганс Кристиан фон Байер (17 февраля 2001 г.). «Вначале было немного» . Новый ученый . 169 (2278): 26–30.
- Жуткий экшен и не только, интервью с Антоном Цайлингером на сайте signandsight.com
- Лекция, прочитанная профессором Антоном Цайлингером как инаугуратором медали Исаака Ньютона , Институт физики , 17 июня 2008 г. [1] (68 мин 25 сек).
Примечание . На указанной странице размещено второе видео, в котором профессор Цайлингер рассказывает среди других о своей личной жизни. - Антон Цайлингер на открытии панельной дискуссии фестиваля «Квант в космос» в Perimeter Institute с Кэтрин Фриз , Лео Кадановым , Лоуренсом Крауссом , Нилом Туроком , Шоном М. Кэрроллом , Джино Сегре , Эндрю Уайтом и Дэвидом Тонгом.
- Домашняя страница Международной Академии Траункирхен
- Es stellt sich letztlich heraus, dass Information ein wesentlicher Grundbaustein der Welt ist , немецкоязычное интервью с Цайлингером Андреа Найка-Лебелл