Franskmanden Serge Haroche og amerikaneren David J. Wineland har uafhængigt af hinanden udviklet banebrydende eksperimentelle metoder, der gør det muligt at måle på og styre enkelte kvantesystemer, som nobelpriskomiteen udtrykker det. Det har de nu fået Nobelprisen i fysik for.
Prisen på otte millioner svenske kroner (syv millioner danske kroner) deles ligeligt mellem de to 68-årige prismodtagere.
Begge fysikere arbejder med kvanteoptik, hvor man studerer vekselvirkningerne mellem lys og stof - mellem fotoner og atomer. Og de var de første, der var i stand til at måle på enkelte atomer og fotoner.
»Det er helt perfekt,« siger professor Klaus Mølmer fra Institut for Fysik og Astronomi ved Aarhus Universitet. »Det er to helt rigtigt udpegede eksperimentalfysikere, som har pioneret det forskningsområde - to fyrtårne, som også har inspireret alle mulige andre forskningsområder til at søge ned i den dybt mikroskopiske, kvantemekaniske grænse.«
Kontrol over enkelte partikler
»Wineland og Haroche er i stand til at arbejde med isolerede, enkelte atomer og fotoner, som de kan fange. De var de første, der nogensinde gjorde det,« fortæller Klaus Mølmer.
»De får Nobelprisen for at pionere, at vi overhovedet prøver på at kontrollere den mikroskopiske, kvantemekaniske verden og styre én partikel ad gangen. «
Og det er ikke spor nemt, for når man dykker ned i den atomare verden, finder man ud af, at alting opfører sig virkeligt underligt.
Her hersker den gren af fysikken, som kaldes kvantemekanik, og reglerne for, hvordan universet mindste dele spiller sammen, er meget anderledes, end dem vi kender fra den makroskopiske verden.
Drømmen er en kvantecomputer
Kvantemekanikken fortæller for eksempel, at stoffets mindstedele kan være flere steder samtidig. Det hænger sammen med, at partikler også har bølgeegenskaber. Desuden kan partikler kan være 'sammenfiltrede', så de påvirker hinanden, selv om de er fysisk adskilt.
\ Fakta
Nobelprismodtager står bag verdens mest præcise ur Et atom svinger med en ganske bestemt takt, som altid er den samme, og derfor kan atomets svingninger bruges som et uhyre præcist ur. Det er smartest, hvis man kun bruger et enkelt atom, og det kan man nu gøre ved hjælp af den teknologi, som David Wineland har udviklet. Derfor står den ene af årets to nobelprismodtagere i fysik også bag det mest præcise ur i verden - det går præcist med 17 cifres nøjagtighed.
Fysikerne har en drøm om at udnytte de sammenfiltrede partikler til en computer, der kan give eksisterende computere baghjul, fordi den fungerer på en helt ny måde.
Netop fordi partikler kan være to steder samtidig - eller mere generelt kan være i flere tilstande på samme tid - kan en kvantecomputer udføre mange samtidige beregninger i stedet for én ad gangen, som man kender det fra klassiske computere.
Atomer og fotoner holdes fanget
Men en kvantecomputer kan kun fungere, hvis man er i stand til at fortælle den, hvad den skal regne ud, og bagefter skal man kunne aflæse resultatet af beregningerne. Man skal kunne tøjle de skrøbelige kvantetilstande, der er meget følsomme over for påvirkninger udefra.
Hvis man kan påvirke og måle på isolerede kvantesystemer uden at ødelægge deres sammenfiltrede kvantetilstand, er en lynhurtig kvantecomputer inden for rækkevidde. OG det er netop det, nobelprismodtagerne har gjort - på hver sin måde.
Hvor Serge Haroche fanger fotoner og kontrollerer dem ved hjælp af atomer, holder David Wineland ioner - elektrisk ladede atomer - fanget i en ionfælde og påvirker dem med fotoner.
Stor teknologisk udfordring
Kvantecomputeren er dog ikke lige om hjørnet, fortæller Klaus Mølmer.
»Hvis man skal have en kvantecomputer, der er noget værd, skal den nok have nogle tusinde bits at regne på. Winelands ionfældeforsøg er i dag oppe på at lave vældig fine sammenfiltrede tilstande af op til 10-12 ioner - men ikke mere end det.«
»På længere sigt håber vi på, at vi kan bygge kvantecomputere, der ligner almindelige computere, men bare opfører sig kvantemekanisk. Men vi er superlangt fra - det er en kæmpestor teknologisk udfordring.«
