Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Даниялық физик және педагог (1959 жылы туған)
Danish physicist and educator (born 1959)
Лене Вестергаард Хау (; 13 қараша 1959 жылы туған) – даниялық физик және педагог. Ол Гарвард университетінің физика және қолданбалы физика профессоры. 1999 жылы ол Гарвард университетінің командасын басқарды, олар Бозе-Эйнштейн конденсатын пайдалану арқылы жарық сәулесінің жылдамдығын секундтына шамамен 17 метрге дейін баяулатты, ал 2001 жылы сәулені толығымен тоқтатуға қол жеткізді. Осы эксперименттердің нәтижесінде жарық материяға, ал материядан жарыққа ауысу процесі жүзеге асты, бұл кванттық шифрлау және кванттық есептеу үшін маңызды жаңа мүмкіндіктер ашты. Соңғы жұмыстар ультрасуық атомдар мен наноөлшемді жүйелер арасындағы жаңа өзара әрекеттесулерді зерттеуге бағытталған. Физика және қолданбалы физиканы оқытумен қатар, ол Гарвардта энергия ғылымдары пәнін оқытады, оған фотоэлектрлік жасушалар, ядролық энергия, аккумуляторлар және фотосинтез кіреді. Өзінің тәжірибелері мен зерттеулерінен бөлек, ол жиі халықаралық конференцияларда сөз сөйлейді және түрлі институттардың ғылыми саясатын қалыптастыруға қатысады. Ол Копенгагенде өткен EliteForsk konferensen 2013 («Элиталық ғылыми конференция») конференциясында негізгі спикер болды, оған үкімет министрлері, сондай-ақ Данияның ғылыми саясат және ғылыми зерттеулерді дамыту саласындағы жетекші мамандар қатысты. Көптеген жетістіктерін ескере отырып, Discover журналы 2002 жылы оны ғылымдағы ең маңызды 50 әйелдің бірі деп мойындады.
Lene Vestergaard Hau (; born November 13, 1959) is a Danish physicist and educator. She is the Mallinckrodt Professor of Physics and of Applied Physics at Harvard University. In 1999, she led a Harvard University team who, by use of a Bose–Einstein condensate, succeeded in slowing a beam of light to about 17 metres per second, and, in 2001, was able to stop a beam completely. Later work based on these experiments led to the transfer of light to matter, then from matter back into light, a process with important implications for quantum encryption and quantum computing. More recent work has involved research into novel interactions between ultracold atoms and nanoscopic scale systems. In addition to teaching physics and applied physics, she has taught Energy Science at Harvard, involving photovoltaic cells, nuclear power, batteries, and photosynthesis. In addition to her own experiments and research, she is often invited to speak at international conferences, and is involved in structuring the science policies of various institutions. She was keynote speaker at EliteForsk konferencen 2013 ("Elite Research Conference") in Copenhagen, which was attended by government ministers, as well as senior science policy and research developers in Denmark. In acknowledgment of her many achievements, Discover Magazine recognized her in 2002 as one of the 50 most important women in science.
Ерте өмір, отбасы және білім
Хау Данияның Вейле қаласында дүниеге келген. Хау 1984 жылы 24 жасында Даниядағы Орхус университетінде математика мамандығы бойынша бакалавр дәрежесін алды. Оқуын сол жерде жалғастырып, екі жылдан кейін физикадан магистр дәрежесін алды. Кванттық теория бойынша докторлық зерттеулері барысында Хау жарық таситын оптикалық талшық кабельдерге ұқсас идеялармен айналысты, бірақ оның жұмысы электрондарды таситын кремний кристалдарындағы атомдар тізбегіне қатысты болды. Докторлық диссертациясын қорғайтын кезеңде Хау Женева қаласының жанындағы Еуропалық бөлшектер физикасы зертханасы – CERN-де жеті ай жұмыс істеді. Ол 1991 жылы 32 жасында Орхус университетінен докторлық дәрежесін алды, бірақ осы кезде оның ғылыми қызығушылықтары өз бағытын өзгертті.
Hau was born in Vejle, Denmark. Hau earned her bachelor's degree in mathematics in 1984 at the University of Aarhus in Denmark at the age of 24. Hau continued her studies there, receiving her master's degree in physics two years later. For her doctoral studies in quantum theory, Hau worked on ideas similar to those involved in fibre optic cables carrying light, but her work involved strings of atoms in a silicon crystal carrying electrons. While working towards her doctorate, Hau spent seven months at CERN, the European Laboratory for Particle Physics near Geneva. She received her doctorate from the University of Aarhus in 1991 at the age of 32, but by this time her research interests had changed direction.
Мансап
1991 жылы ол Кембридждегі (Массачусетс штаты) Роуленд ғылым институтына ғылыми қызметкер ретінде қабылданды, сонда ол жарықтың баяу жылдамдығы мен суық атомдар мүмкіндіктерін зерттеуді бастады. 1999 жылы 40 жасында Хау Гарвард университетінде екі жылдық докторантурадан кейінгі тағылымдамадан өтуге қабылданды. Оның негізгі білімі теориялық физика саласында, бірақ ол Бозе-Эйнштейн конденсаты деп аталатын жаңа материя түрін жасау мақсатымен тәжірибелік зерттеулерге қызығушылық танытты. "Хау Ұлттық ғылым қорынан осы конденсаттың үлгісін жасау үшін қаржы сұрады, бірақ ол теоретик болғандықтан, мұндай тәжірибелерді жүргізу оған тым қиын болады деген себеппен өтініші қабылданбады." Дегенмен ол үндемеді, басқа көздерден қаржыландыру алып, осындай конденсатты жасаған алғашқы физиктердің қатарына ілікті. 1999 жылдың қыркүйегінде Гарвард университетінде Ғордон Маккей атындағы қолданбалы физика профессоры және физика профессоры қызметіне тағайындалды. Ол сондай-ақ 1999 жылы тұрақты профессорлық атаққа ие болды және қазір Гарвардта физика және қолданбалы физика профессоры болып жұмыс істейді. 2001 жылы ол Бозе-Эйнштейн конденсатын пайдаланып, жарықты толығымен тоқтатуға қол жеткізген алғашқы адам болды. Осыдан бері ол электромагниттік түрлендіру арқылы туындаған мөлдірлік, кванттық физиканың түрлі салалары, фотоника салаларында көптеген зерттеулер жүргізіп, жаңа эксперименталды жұмыстар жасады және жаңа кванттық құрылғылар мен инновациялық наномасштабты қолданбаларды әзірлеуге үлес қосты.
In 1991 she joined the Rowland Institute for Science at Cambridge, Massachusetts as a scientific staff member, beginning to explore the possibilities of slow light and cold atoms. In 1999 at the age of 40, Hau accepted a two year appointment as a postdoctoral fellow at Harvard University. Her formalized training is in theoretical physics but her interest moved to experimental research in an effort to create a new form of matter known as a Bose–Einstein condensate. "Hau applied to the National Science Foundation for funds to make a batch of this condensate but was rejected on the grounds that she was a theorist for whom such experiments would be too difficult to do." Undeterred, she gained alternative funding, and became one of the first handful of physicists to create such a condensate. In September 1999 she was appointed the Gordon Mckay Professor of Applied Physics and Professor of Physics at Harvard. She was also awarded tenure in 1999 and is now Mallinckrodt Professor of Physics and Applied Physics at Harvard. In 2001 she became the first person to stop light completely, using a Bose–Einstein condensate to achieve this. Since then she has produced copious research, and new experimental work, in electromagnetically induced transparency, various areas of quantum physics, photonics and contributed to the development of new quantum devices and novel nanoscale applications.
Кубитті беру
Гарвард университетіндегі Хау және оның әріптестері "бірнеше тәжірибелер арқылы жарық пен материяны өте жақсы басқаруды көрсетті, бірақ екі конденсатпен жасаған тәжірибесі ең әсерлілерінің бірі". 2006 жылы олар жарықтан материя толқынына және кері жарыққа кубитті сәтті жеткізді, мұнда Бозе-Эйнштейн конденсаттары қолданылды. Тәжірибе туралы мәліметтер Nature журналының 2007 жылғы 8 ақпандағы санында жарияланды. Тәжірибе кванттық механикаға сәйкес, атомдардың толқындар да, бөлшектер де сияқты мінез-құлық танытуы мүмкін екеніне негізделген. Бұл атомдарға екі тесіктен бірден өту сияқты интуицияға қайшы келетін нәрселерді жасауға мүмкіндік береді. Бозе-Эйнштейн конденсаты ішінде жарық импульсі 50 миллион есеге қысылады, бірақ оның ішінде сақталған ақпарат жоғалмайды. Осы Бозе-Эйнштейн конденсатында жарық импульсімен кодталған ақпарат атомдық толқындарға беріле алады. Барлық атомдар бірдей үлгіде қозғалғандықтан, ақпарат кездейсоқ шуға айналмайды. Жарық бұлттың шамамен 1,8 миллион натрий атомының бір бөлігін "кванттық суперпозиция" күйіне түсіреді, төменгі энергия деңгейі орнында қалады, ал жоғары энергия деңгейі екі бұлттың арасында қозғалады. Екінші "бақылау" лазері импульстің пішінін атомдық толқындарға жазады. Бұл бақылау сәулесі өшірілгенде және жарық импульсі жоғалып кеткенде, "материялық көшірмесі" қалады. Бұрын зерттеушілер оптикалық ақпаратты оның жолы бойында бақылай алмады, тек сигналдың әлсіреуін болдырмау үшін күшейте алды. Хау және оның әріптестерінің бұл тәжірибесі когерентті оптикалық ақпаратты алғаш рет сәтті басқаруға мүмкіндік берді. Жаңа зерттеу "өте әдемі демонстрация" дейді Вильямсбургтегі Уильям және Мэри колледжінің физигі Ирина Новикова. "Бұл секундтың үлесі. Бұл өте үлкен уақыт аралығы". Оның потенциалы туралы Хау былай деді: "Материя екі Бозе-Эйнштейн конденсатының арасында қозғалғанда, біз оны минуттар бойы тұтқындап, пішінін өзгерте аламыз – қалағанымыздай өзгерте аламыз. Кванттық бақылаудың бұл жаңа түрі кванттық ақпаратты өңдеу және кванттық криптографияның дамитын салаларында да қолданылуы мүмкін". "Бұл жетістік, кванттық ақпаратты жарық түрінде және бір ғана емес, екі атом түрінде бөлісу, кванттық компьютерлерді жасауға үміттенетіндерге үлкен сенім береді", - деді Ғылым және өнер факультетінің ғылым деканы Джереми Блоксэм. Хау осы жұмысы үшін Джордж Ледли сыйлығымен марапатталды, Гарвардтың проректоры Стивен Хайман "оның жұмысы жаңа жол ашады. Оның зерттеулері негізгі және қолданбалы ғылым арасындағы шекараны бұзады, екі мектептің және бірнеше кафедралардың таланты мен адамдарын пайдаланады және батыл интеллектуалдық тәуекелдердің терең сыйақыға қалай әкелетінін нақты көрсетеді". Олар көптеген атомдардың өткенін, бірақ шамамен миллионнан 10 атомының тартылғанын байқады, бұл олардың қозғалысы мен температурасының күрт өсуіне әкелді. "Осы сәтте, жылдам қозғалған атомдар электрон мен ионға ажырап, наноқұбырдың айналасында параллель айналып, әрбір айналымды секундының триллионнан бір бөлігінде аяқтайды. Электрон ақырында кванттық туннель арқылы наноқұбырға сіңіріледі, содан кейін оның серігі ион 300 вольттық наноқұбырдың күшті зарядынан қашып, сағатына шамамен 26 шақырым жылдамдықпен ұшып кетеді". Атомдар бір-бірімен соқтығыспай тез ыдырай алады. Бұл эффект қара тесіктерде есептелгендей гравитациядан емес, наноқұбырдағы жоғары электр зарядынан туындайтынын команда тез анықтады. Тәжірибеде нанотехнология мен суық атомдар біріктіріліп, жоғары ажыратымдылыққа ие, бір атомдық, чипке енгізілген детектордың жаңа түрі көрсетілді, ол материя толқындарының интерференциясынан туындаған шеттерді анықтауға қабілетті болуы мүмкін. Ғалымдар сондай-ақ олардың құрылғысының арқасында мүмкін болатын бір атомдық, негізгі зерттеулерді де болжайды.
Hau and her associates at Harvard University "have demonstrated exquisite control over light and matter in several experiments, but her experiment with 2 condensates is one of the most compelling". In 2006 they successfully transferred a qubit from light to a matter wave and back into light, again using Bose–Einstein condensates. Details of the experiment are discussed in the February 8, 2007, publication of the journal Nature. The experiment relies on the way that, according to quantum mechanics, atoms may behave as waves as well as particles. This enables atoms to do some counterintuitive things, such as passing through two openings at once. Within a Bose–Einstein condensate a light pulse is compressed by a factor of 50 million, without losing any of the information stored within it. In this Bose–Einstein condensate, information encoded in a light pulse can be transferred to the atom waves. Because all the atoms move coherently, the information does not dissolve into random noise. The light drives some of the cloud's roughly 1.8 million sodium atoms to enter into "quantum superposition" states, with a lower energy component that stays put and a higher energy component that travels between the two clouds. A second 'control' laser then writes the shape of the pulse into the atom waves. When this control beam is turned off and the light pulse disappears, the 'matter copy' remains. Prior to this, researchers could not readily control optical information during its journey, except to amplify the signal to avoid fading. This experiment by Hau and her colleagues marked the first successful manipulation of coherent optical information. The new study is "a beautiful demonstration", says Irina Novikova, a physicist at the College of William and Mary in Williamsburg, VA. Before this result, she says, light storage was measured in milliseconds. "Here it's fractional seconds. It's a really dramatic time." Of its potential, Hau said "While the matter is traveling between the two Bose–Einstein condensates, we can trap it, potentially for minutes, and reshape it – change it – in whatever way we want. This novel form of quantum control could also have applications in the developing fields of quantum information processing and quantum cryptography." Of the developmental implications, "This feat, the sharing around of quantum information in light form and in not just one but two atom forms, offers great encouragement to those who hope to develop quantum computers," said Jeremy Bloxham, dean of science in the Faculty of Arts and Sciences. Hau was awarded the George Ledlie Prize for this work, Harvard's Provost Steven Hyman noting "her work is path breaking. Her research blurs the boundaries between basic and applied science, draws on the talent and people of two Schools and several departments, and provides a literally glowing example of how taking daring intellectual risks leads to profound rewards." They observed that most atoms passed by, but approximately 10 per million were inescapably attracted, causing them to dramatically accelerate both in movement and in temperature. "At this point, the speeding atoms separate into an electron and an ion rotating in parallel around the nanowire, completing each orbit in just a few trillionths of a second. The electron eventually gets sucked into the nanotube via quantum tunneling, causing its companion ion to shoot away – repelled by the strong charge of the 300 volt nanotube – at a speed of roughly 26 kilometers per second, or 59,000 miles per hour." Atoms can rapidly disintegrate, without having to collide with each other in this experiment. The team is quick to note that this effect is not produced by gravity, as calculated in blackholes that exist in space, but by the high electrical charge in the nanotube. The experiment combines nanotechnology with cold atoms to demonstrate a new type of high resolution, single atom, chip integrated detector that may ultimately be able to resolve fringes from the interference of matter waves. The scientists also foresee a range of single atom, fundamental studies made possible by their setup.