På Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet har forskere i år udviklet en metode, der kan teleportere kvantetilstanden fra en atomsky til en anden ved hjælp af laserstråler. Metoden virker tilmed hver eneste gang. Den er deterministisk i modsætning til andre teleportationsmetoder, som kun virker med en bestemt sandsynlighed.
Det er efter Ingeniørens mening det vigtigste danske forskningsresultat inden for naturvidenskab og teknik i 2013.
»Eugene Polziks gruppe er blandt verdens førende inden for kvantekommunikation og kvanteinformationsbehandling. Deres nyeste resultat er betydningsfuldt for fremtidige kvantenetværk og distribueret behandling af kvanteinformation,« beretter Dzmitry Matsukevich fra Center for Quantum Technologies ved National University of Singapore til Ingeniøren.
Det er ikke helt uventet, at teleportationsforskerne nu kommer helt til tops. Eugene Polzik var allerede i 2006 med i opløbskampen om årets bedste danske forskningsresultat med et andet og simplere teleportationseksperiment.
Når valget i år falder på Eugene Polzik er det også en markering af hans 20 års virke i teleportationens tjeneste ved danske universiteter, først i Aarhus og siden i København, efter den russiskfødte amerikanske statsborger kom til Danmark i 1993.
Det er en periode, der er sammenfaldende med, at teleportation har været af videnskabelig interesse.
Sådan foregår teleportation
Ved teleportation forstår man transport af et objekt fra et sted til et andet – uden at objektet rent faktisk tilbagelægger en fysisk afstand.
Det var en artikel i Physical Review Letters i 1993 med Charles Bennett fra IBM som pennefører, der flyttede teleportation fra science fiction til et videnskabeligt forskningsområde.
Udgangspunktet var en artikel fra 1991 af Bill Wootters fra Williams College i Massachusetts og Asher Peres fra Technion – Israel Institute of Technology.
Her viste Wootters og Peres, at man kunne opnå mere information ved at foretage en samlet måling på to kvantesystemer, som var i samme tilstand, end det var muligt med separate målinger på hvert af systemerne.
Asher Peres har berettet, at han og Wootters havde svært ved at få deres artikel herom offentliggjort, da reaktionen hos mange var, at det muligvis nok var korrekt, men hvorfor var det egentlig interessant.
Bennett var derimod interesseret, og sammen med Wootters, Peres og tre andre forskere fra universitetet i Montreal satte han sig for at undersøge dette forhold nærmere med henblik på teleportation.
Siden 1996 har det videnskabelige tidsskrift Science kåret årets bedste forskningsresultat som ‘Breakthrough of the Year’. Ingeniøren har siden 2004 gjort det samme for forskningsresultater inden for naturvidenskab og teknisk videnskab, som er udført af forskere i Danmark, eller hvor forskere i Danmark har ydet et væsentligt bidrag som del af et internationalt forskningssamarbejde. Derudover er den eneste betingelse, at forskningsresultaterne har været publiceret inden 15. november i et anerkendt videnskabeligt tidsskrift.
Ingeniøren følger samme metode som Science, så udpegningen af årets videnskabelige top-5 i form af årets bedste og fire andre videnskabelige topresultater foretages af Ingeniørens redaktion. I lighed med de tidligere år er udvælgelsen foretaget af Jens Ramskov, Ingeniøren, og Rolf Hauggard Nielsen, der er freelancejournalist med en langvarig tilknytning til Ingeniøren.
Inden for kvantemekanikken findes et ikke-kloningsteorem, der siger, at man ikke kan lave en kopi af et system med vilkårlig kvantetilstand.
Bennet-gruppen kunne derimod vise, at hvis to personer, som traditionelt inden for teleportationsverdenen kaldes Alice og Bob, er i besiddelse af hver sin makker af et partikelpar med sammenfiltrede kvantetilstande, så kan Alice udføre en måling, der omfatter hendes partikel af dette par og en anden partikel med en ukendt kvantetilstand.
Resultatet af denne måling kan hun sende til Bob over en helt almindelig telekanal eller for den sags skyld pr. brev, hvorefter det er muligt for Bob at omdanne kvantetilstanden af sin makker af parret til samme tilstand, som var gældende for den partikel, som kun Alice havde adgang til.
Da Alice ved sin måling har ødelagt sin egen partikels kvantetilstand, er der ikke tale om en kloning eller kopiering, men en overførsel af partiklens kvantetilstand fra Alice til Bob.
Fra teori til eksperimenter
Artiklen var ren teori. Men eksperimentalfysikerne var hurtige til at tage bolden op.
Eugene Polziks første teleportationsartikel er fra 1998. Her beskrev han bl.a. sammen med forskere fra California Institute of Technology, hvordan det var muligt at teleportere kvanteinformation fra en lysstråle til en anden.
I 2006 lykkedes det for hans forskningsgruppe at teleportere information fra en lysstråle til en gas med cæsiumatomer.
Og i år er det så lykkedes at teleportere kvanteinformation fra en beholder af cæsiumatomer til anden beholder med cæsiumatomer. Artiklen var forsidenyheden i Nature Physics’ udgave i juli.
Mark Saffman fra University som Wisconsin i USA, som er godt med bekendt med Eugene Polziks forskning og i øvrigt har en baggrund som optisk ingeniør i Danmark for 25 år siden, betegner i en mail til Ingeniøren det som et væsentligt fremskridt, som skal ses som et trin hen mod et større mål. Men der er efter hans opfattelse også visse begrænsninger. Blandt andet skal signalstøj-tallene forbedres væsentligt, inden metoden bliver videre nyttig.
Det er i år 10. gang, Ingeniøren kårer Danmarks bedste forskningsresultat. Her er listen over vindere gennem årene:
2004 Klimaet ved istidens begyndelse (NGrip-borekernen), Dorthe Dahl-Jensen, Københavns Universitet
2005 Forklaring på korte, energirige gammaglimt i universet, Jens Hjorth, Københavns Universitet
2006 Aktivering af gener og proteiner ved celledeling, Søren Brunak, DTU
2007 Klonede alzheimer-grise, Arne Lund Sørensen, Aarhus Universitet
2008 Evolutionens dvaletilstand i to mia. år, Donald Canfield, Syddansk Universitet
2009 Verdens mindste nanokasse med et rumfang på 39 zeptoliter, Jørgen Kjems, Kurt Gothelf og Ebbe Sloth Andersen, Aarhus Universitet
2010 Genom for 4.000 år gammel grønlænder (Inuk), Eske Willerslev og Morten Rasmussen, Københavns Universitet
2011 Astroseismiske målinger af stjernenes indre, Jørgen Christensen-Dalsgaard og Hans Kjeldsen, Aarhus Universitet
2012 Kortlægning af grisens arvemateriale. Lars Bolund, Aarhus Universitet samt Merete Fredholm og Jan Gorodkin, Københavns Universitet
2013 Kvanteteleportation, Eugene Polzik, Københavns Universitet
»Jeg vil tro, at Eugene Polzik vil opnå væsentlige forbedringer i de kommende år,« siger Mark Saffman.
En kvante-fjernkontrol er på vej
Det næste, vi kan vente os, er muligvis en kvante-fjernkontrol.
Sammen med bl.a. teoretikeren Christine Muschik fra Institut de Ciencies Fotoniques i Barcelona, som også er medforfatter på artiklen i Nature Physics, har Eugene Polzik i år også fremsat en teori for, hvordan det er muligt dynamisk at manipulere kvantetilstanden af et system og observere ændringerne i et andet system et helt andet sted. Derved er der tale om kvante-fjernkontrol.
Det vil nok være et godt bud, at der allerede i laboratorierne på Niels Bohr Institutet arbejdes på eftervise denne teori eksperimentelt.
Eugene Polzik har været begunstiget af store forskningsbevillinger. Han står i spidsen for Center for Kvanteoptik (Quantop), der med støtte fra Danmarks Grundforskningsfond blev oprettet i 2001, og som har modtaget bevillinger fra 80,6 mio. kr. fra Grundforskningsfonden over ti år.
I 2011 fik han en af de eftertragtede bevillinger fra European Research Council på 18 mio. kr. bl.a. med denne begrundelse: ‘Eugene Polzik er en af verdens førende forskere inden for eksperimentel kvanteoptik og kvantekommunikation. Han har opbygget et meget stærkt forskningsmiljø af højeste kvalitet og udvist kapacitet til at udføre epokegørende ny forskning og opnå banebrydende resultater’.
Leave a Reply