" Αποδέχομαι αυτό το βραβείο για λογαριασμό όλων των καλών δασκάλων που έχω γνωρίσει όλα αυτά τα χρόνια. Όλων των δασκάλων που πάσχισαν να οικοδομήσουν σχέσεις με τους μαθητές τους. Σχέσεις βασισμένες στην τιμή. Άνδρες και γυναίκες που δεν ήταν ποτέ εφησυχασμένοι, που πάντοτε, στην αδιάκοπη προσπάθεια τους να προσδιορίσουν και να επαναπροσδιορίσουν την σημασία της λέξης «Παιδεία» έθεταν ερωτήματα. Ο «Δάσκαλος της Χρονιάς» δεν είναι ο καλύτερος δάσκαλος. Οι καλοί δάσκαλοι είναι πολύ χαμηλών τόνων για να γίνουν εύκολα αντιληπτοί. Ο «Δάσκαλος της Χρονιάς» όμως, είναι ένας σημαιοφόρος, ένα σύμβολο γι’ αυτούς τους αφανείς ήρωες που πρόθυμα αφιερώνουν τη ζωή τους στα παιδιά. Η διάκριση αυτή τους ανήκει εξ’ ίσου. " Απόσπασμα από ομιλία του John Taylor Gatto το 1990 στη Νέα Υόρκη (Βλέπε σχετικό άρθρο http://bit.ly/19z7T7G )


στο ευρύ κοινό, oι Serge Haroche (Σερζ Αρός) και

Oι Haroche και Wineland ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλον ανακάλυψαν και εφάρμοσαν πρωτοποριακές πειραματικές μεθόδους που επιτρέπουν την μέτρηση και τον χειρισμό απομονωμένων κβαντικών συστημάτων, ενώ αυτά διατηρούν την κβαντομηχανική τους φύση.

Ήταν οι πρώτοι που κατάφεραν να ελέγξουν και να μετρήσουν πολύ «ευαίσθητες» κβαντικές καταστάσεις και οδήγησαν το πεδίο της έρευνάς τους στα πρώτα βήματα προς την κατασκευή των κβαντικών υπολογιστών.

Το πεδίο έρευνας των δυο αυτών πρωτοπόρων φυσικών γνωρίζει πλέον μεγάλη επιτυχία και συνεχώς δημοσιεύονται νέα επιτεύγματα, νέες τεχνικές και νέα ρεκόρ, όπως για παράδειγμα oι 2 εργασίες που δημοσιεύθηκαν πρόσφατα με τους παρακάτω τίτλους :
(1) «Nondestructive Detection of an Optical Photon», Reiserer et al
και
(2) «Room-Temperature Quantum Bit Storage Exceeding 39 Minutes Using Ionized Donors in Silicon-28», Saeedi et al

1. Πώς «βλέπουμε» ένα φωτόνιο χωρίς να το «καταστρέψουμε»

Στην πρώτη από τις δυο εργασίες (Nondestructive Detection of an Optical Photon) εξετάζεται το πώς μπορούμε να ανιχνεύσουμε ένα φωτόνιο χωρίς να το «καταστρέφουμε», ώστε να μπορούμε να το ξανα-ανιχνεύσουμε. Αυτό φαίνεται να αντιφάσκει με την λογική της κβαντομηχανικής που μας λέει ότι είναι αδύνατον να παρατηρήσουμε κάτι στον μικρόκοσμο χωρίς να το επηρεάσουμε.
Οι Reiserer et al όμως το κατάφεραν κατευθύνοντας φωτόνια σε μια μια οπτική κοιλότητα, αποτελούμενη από δύο καθρέπτες, ο ένας υψηλότατης ανακλαστικότητας και ο δεύτερος ημιδιαπερατός, σε πολύ μικρή απόσταση μεταξύ τους. Στο μέσον της κοιλότητας ήταν παγιδευμένο ένα άτομο ρουβιδίου που βρισκόταν σε υπέρθεση δυο καταστάσεων.

H διάταξη της μη- καταστροφικής ανίχνευσης φωτονίου

H πειραματική διάταξη για την “μη- καταστροφική”ανίχνευση φωτονίου

Στην μια κατάσταση από αυτές το άτομο δεν αλληλεπιδρά ούτε με την κοιλότητα ούτε με το φωτόνιο που προσπίπτει στην κοιλότητα. Σ’ αυτή την περίπτωση το φωτόνιο εισέρχεται στην κοιλότητα και δεν αλληλεπιδρά με το άτομο.
Στην άλλη κατάσταση της υπέρθεσης το άτομο αλληλεπιδρά με την κοιλότητα και το προσπίπτον φωτόνιο. Τώρα το άτομο και η κοιλότητα αντιπροσωπεύουν ένα ισχυρά συζευγμένο σύστημα με εμφανώς διαφορετικές ιδιότητες από τα μέρη του. Αντίθετα με την πρώτη περίπτωση, ένα φωτόνιο που βρίσκεται σε συντονισμό με την κοιλότητα, δεν μπορεί να εισέλθει σ’ αυτή. Ανακλάται και δεν απορροφάται. Ωστόσο το φωτόνιο αφήνει το ίχνος του στο άτομο.
Η κατάσταση συντονισμού βιώνει μια μετατόπιση φάσης η οποία μπορεί να μετρηθεί. Έτσι το φωτόνιο ανιχνεύεται χωρίς να καταστρέφεται.
Με την μέθοδο αυτή επιτυγχάνεται η ανίχνευση μεμονωμένων φωτονίων με απόδοση 74% και με πιθανότητα επιβίωσης 66%.
Το σημαντικό στην τεχνική αυτή είναι ότι τα φωτόνια έχουν μήκη κύματος παρόμοια μ’ αυτά που χρησιμοποιούνται στις οπτικές επικοινωνίες. Η αύξηση της απόδοσης ανίχνευσης αναμένεται να έχει σημαντικές συνέπειες για όλα τα πειράματα, όπου χρησιμοποιούνται φωτόνια για την κωδικοποίηση και την μεταφορά κβαντικής πληροφορίας.

2. Ρεκόρ διατήρησης qubit σε θερμοκρασία δωματίου

boundexcitonaltΈνα σημαντικό βήμα, επίσης προς την κατεύθυνση της κατασκευής κβαντικών υπολογιστών, πραγματοποίησαν οι ερευνητές Saeedi et al στην εργασία τους με τίτλο “Room-Temperature Quantum Bit Storage Exceeding 39 Minutes Using Ionized Donors in Silicon-28″, διατηρώντας σταθερά για χρονικό διάστημα – ρεκόρ, περίπου 39 λεπτών, σε θερμοκρασία δωματίου, τα επονομαζόμενα qubits (κβαντικά μπιτ).

Η θεμελιώδης διαφορά μεταξύ κλασικού υπολογιστή και κβαντικού υπολογιστή είναι η εξής:
Στους γνωστούς υπολογιστές η βασική μονάδα εγγραφής και επεξεργασίας της πληροφορίας στο δυαδικό σύστημα – με τα γνωστά ψηφία 0 και 1 για τα οποία χρησιμοποιείται ο όρος bit (binary digit)– είναι ένα κλασικό αντικείμενο, π.χ. μια μαγνητική ψηφίδα μνήμης.
Στους κβαντικούς υπολογιστές η βασική μονάδα εγγραφής είναι ένα κβαντικό σύστημα. Για παράδειγμα ένα άτομο υδρογόνου στη θεμελιώδη κατάσταση, όπου το μηδέν αντιπροσωπεύεται από την ηλεκτρονιακή κατάσταση με σπιν πάνω και το ένα από την κατάσταση με σπιν κάτω.
Η κατάσταση με σπιν πάνω συμβολίζεται με |0> και η κατάσταση με σπιν κάτω με |1˃. Όμως επειδή το άτομο είναι ένα κβαντικό σύστημα, εκτός από τις παραπάνω δυο καταστάσεις |0> και |1>, θα είναι επίσης μια πραγματοποιήσιμη κατάσταση και κάθε γραμμικός συνδυασμός της μορφής

|ψ> = α |0> + β |1>

όπου α2+ β2=1
Και εδώ βρίσκεται η πηγή της θεμελιώδους διαφοράς μεταξύ ενός κλασικού και ενός κβαντικού υπολογιστή. Ότι στους κβαντικούς υπολογιστές η βασική μονάδα μνήμης μπορεί να βρίσκεται όχι μόνο στις καταστάσεις 0 και 1 αλλά και σε κάθε δυνατή επαλληλία.
Έτσι στην περίπτωση των κβαντικών υπολογιστών μιλάμε για qubit (quantum bit)

Για να καταφέρει να δουλέψει ένας κβαντικός υπολογιστής θα πρέπει να μπορεί να διατηρήσει τη συμφωνία φάσεως στις καταστάσεις επαλληλίας των qubit του τουλάχιστον για τόσο χρονικό διάστημα όσο διαρκεί ο υπολογισμός. Όμως ο καταχωρητής δεν λειτουργεί στο κενό. Είναι ένα μικροσκοπικό – και, προοπτικά, ένα μεσοσκοπικό – κβαντικό σύστημα που αλληλεπιδρά με ένα πολύ μεγαλύτερο «περιβάλλον», συν-πλέκεται μαζί του και ως αποτέλεσμα αυτής της σύμπλεξης υφίσταται απώλεια συμφωνίας η οποία καταστρέφει τις επαλληλίες και μαζί μ’ αυτές όλα τα αναμενόμενα πλεονεκτήματα έναντι του κλασικού υπολογιστή. Αυτή η αποσυμφώνηση (decoherence) λόγω σύμπλεξης με το περιβάλλον, είναι όντως η αχίλλειος πτέρνα του κβαντικού υπολογιστή και από την επιτυχή ή όχι αντιμετώπιση αυτού του θεμελιώδους προβλήματος εξαρτάται η κατασκευή ρεαλιστικών κβαντικών υπολογιστών.

Οι Saeedi et al κατάφεραν να διατηρήσουν ένα σύστημα κβαντικής μνήμης σταθερό σε θερμοκρασία δωματίου,

Κωδικοποίησαν πληροφορίες σε άτομα φωσφόρου, τα οποία είχαν τοποθετηθεί σε μια φέτα από πυρίτιο, από το οποίο πρώτα απομακρύνθηκε κάθε πρόσμιξη που θα μπορούσε να διαταράξει τη μαγνητική κατάσταση των ατόμων.

Χρησιμοποιώντας μαγνητικά πεδία δημιούργησαν μια υπέρθεση των καταστάσεων σπιν πάνω και σπιν κάτω. Το πείραμα έδειξε ότι η υπέρθεση έμενε σταθερή για 3 ώρες σε θερμοκρασία -269 βαθμών Κελσίου και για 29 λεπτά σε θερμοκρασία 25 βαθμών – ένας χρόνος που θεωρείται αρκετός για εκατομμύρια υπολογισμούς. Πρόκειται για χρόνους ζωής δεκαπλάσιους σε σχέση με προηγούμενες έρευνες.

Στέφανος Τραχανάς, «Κβαντομηχανική ΙΙ» – www.newscientist.com – phys.org

Πηγή: http://physicsgg.me/

Advertisements

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Google+

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google+. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Σύνδεση με %s

Ετικετοσύννεφο

Αρέσει σε %d bloggers: