Введение

Австрийский квантовый физик.

В 2007 году Зеилингер был удостоен первой медали имени Исаака Ньютона Института физики в Лондоне за "новаторский концептуальный и экспериментальный вклад в основы квантовой физики, ставший краеугольным камнем для стремительно развивающейся области квантовой информации".

Ранние годы и образование

Антон Зелингер родился в 1945 году в Риде-им-Инкрейсе, Верхняя Австрия, Австрия. Он изучал физику в Венском университете с 1963 по 1971 год. В 1971 году он получил докторскую степень в Венском университете, защитив диссертацию на тему "Измерения деполяризации нейтронов на монокристалле диспрозия" под руководством Гельмута Рауха. В 1979 году он получил право преподавать в университете (хабилитацию) в Венском технологическом университете.

Карьера

В 1970-х годах Зейлингер работал в Венском атомном институте в качестве научного ассистента, а затем в качестве научного сотрудника в лаборатории нейтронной дифракции Массачусетского технологического института до 1979 года, когда он принял должность ассистент-профессора в том же атомном институте. В том же году он получил квалификацию университетского профессора в Венском технологическом университете. В 1981 году Зейлингер вернулся в МТИ в качестве доцента на физическом факультете до 1983 года. В период с 1980 по 1990 год он работал профессором в Венском технологическом университете, Техническом университете Мюнхена, Университете Инсбрука и Венском университете. С 2004 по 2013 год он также был научным директором Института квантовой оптики и квантовой информации в Вене. С 2006 года Зейлингер является вице-председателем попечительского совета Института науки и технологий Австрии, амбициозного проекта, начатого по его инициативе. В 2009 году он основал Международную академию Траункирхен, занимающуюся поддержкой одаренных студентов в области науки и техники. Он является поклонником "Автостопом по галактике" Дугласа Адамса и даже назвал свою парусную лодку "42".

Квантовая телепортация

Наиболее известен он своей первой экспериментальной реализацией квантовой телепортации отдельного кубита. Позже он расширил эту работу, разработав источник свободно распространяющихся телепортированных кубитов и осуществив квантовую телепортацию на расстояние 144 километров между двумя Канарскими островами. Квантовая телепортация является ключевым понятием во многих протоколах квантовой информации. Помимо своей роли в передаче квантовой информации, она также рассматривается как важный потенциальный механизм для создания квантовых логических элементов в квантовых компьютерах.

Обмен запутанностью телепортация запутанности

Обмен запутанностью — это телепортация запутанного состояния. После того, как этот метод был предложен, группой Зелингера в 1998 году он был впервые реализован экспериментально. Впоследствии он был использован для проведения эксперимента по обмену запутанностью с задержанным выбором.

Вмешательство за пределами двух кубитов GHZ-состояния и их реализации

Антон Зейлингер внес вклад в развитие области многочастичной запутанности. В 1990 году он первым, совместно с Дэниелом Гринбергером и Майклом Хорном, начал исследовать запутанность более чем двух кубитов. Полученная теорема GHZ (см. состояние Гринбергера — Хорна — Зейлингера) является фундаментальной для квантовой физики, поскольку представляет собой наиболее четкое противоречие между локальным реализмом и предсказаниями квантовой механики. Состояния GHZ стали первыми примерами многочастичной запутанности, когда-либо исследованными. В конечном итоге, в 1999 году ему удалось получить первое экспериментальное подтверждение запутанности, охватывающей более двух частиц, а также провести первый тест квантовой нелокальности для состояний GHZ.

Квантовая связь, квантовая криптография, квантовые вычисления

В 1998 году (опубликовано в 2000 году) его группа впервые реализовала квантовую криптографию с использованием запутанных фотонов. Затем он применил квантовую запутанность к оптическим квантовым вычислениям, и в 2005 году осуществил первую реализацию односторонних квантовых вычислений. Это протокол, основанный на квантовых измерениях, предложенный Книллом, Лафламме и Милберном. Эксперименты Зелингера и его группы по распространению запутанности на большие расстояния начались с квантовой связи в свободном пространстве и по оптоволокну, а также с квантовой телепортации между лабораториями, расположенными по разные стороны реки Дунай. Впоследствии исследования были расширены на большие расстояния в пределах города Вена и на расстояние более 144 км между двумя Канарскими островами, что успешно продемонстрировало возможность квантовой связи через спутники. Его мечта – вывести на орбиту спутника источники запутанного света.

Другие новые запутанные состояния

Вместе со своей группой Антон Зейлингер внес значительный вклад в создание новых запутанных состояний. Источник поляризационно-запутанных пар фотонов, разработанный Полом Квиатом во время его работы постдоком в группе Зейлингера, используется во многих лабораториях. Первое экспериментальное подтверждение запутанности орбитального углового момента фотонов открыло новое направление исследований во многих лабораториях.

Макроскопическая квантовая суперпозиция

Зейлингер также заинтересован в расширении квантовой механики в макроскопическую область. В начале 1990-х годов 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 Бролья при дифракции на световой волне с временной модуляцией, вошли в состав современных экспериментов с ультрахолодными атомами. В 1999 году Зейлингер перешел от атомной оптики к экспериментам с очень сложными и массивными макромолекулами – фуллеренами. Успешная демонстрация квантовой интерференции для этих молекул C60 и C70 в 1999 году открыла весьма активное направление исследований. В 2005 году Зейлингер с коллегами исследовал квантовую физику механических резонаторов. В 2006 году совместно с Хайдманом в Париже и Киппенбергом в Гархинге они экспериментально продемонстрировали самоохлаждение микрозеркала посредством давления излучения, то есть без обратной связи. Используя состояния с орбитальным угловым моментом, ему удалось продемонстрировать запутанность углового момента до 300 ħ.

Дальнейшие фундаментальные испытания

Программа фундаментальных тестов квантовой механики Зейлингера направлена на экспериментальную реализацию многих неклассических особенностей квантовой физики для отдельных систем. В 1998 году он представил окончательный тест неравенства Белла, устранив коммуникационную лазейку с помощью сверхбыстрых генераторов случайных чисел. Его группа также реализовала первый эксперимент с неравенством Белла, удовлетворяющий условию свободы выбора, и впервые осуществила тест Белла без предположения о справедливой выборке для фотонов. Среди других фундаментальных тестов наиболее значимым является его тест большого класса нелокальных реалистических теорий, предложенных Леггетом. Группа теорий, исключенных этим экспериментом, может быть классифицирована как теории, допускающие разумное разделение ансамблей на подансамбли. Это существенно выходит за рамки теоремы Белла. Если Белл показал, что теория, одновременно локальная и реалистичная, противоречит квантовой механике, то Леггетт рассматривал нелокальные реалистические теории, в которых отдельные фотоны предполагаются носителями поляризации. Полученное неравенство Леггетта было нарушено в экспериментах группы Зейлингера. Аналогичным образом, его группа продемонстрировала, что даже квантовые системы, в которых запутанность невозможна, проявляют неклассические свойства, которые нельзя объяснить базовыми неконтекстуальными распределениями вероятностей.

Нейтронная интерферометрия

Самые ранние работы Антона Зелингера, пожалуй, наименее известны. Его исследования в области нейтронной интерферометрии заложили основу для его последующих работ. Будучи членом группы своего научного руководителя, Хельмута Рауха, в Техническом университете Вены, Зелингер принимал участие в ряде экспериментов по нейтронной интерферометрии в Институте Лауэ–Ланжевена (ILL) в Гренобле. Его первый такой эксперимент подтвердил фундаментальное предсказание квантовой механики – изменение знака фазы спинора при вращении. За этим последовала первая экспериментальная реализация когерентной спиновой суперпозиции материи. Он продолжил свои исследования в области нейтронной интерферометрии в MIT с К. Г. Шулом (лауреатом Нобелевской премии), сосредоточившись на динамических дифракционных эффектах нейтронов в идеальных кристаллах, обусловленных многоволновой когерентной суперпозицией. После возвращения в Европу он построил интерферометр для сверххолодных нейтронов, который предшествовал более поздним аналогичным экспериментам с атомами. Ключевые эксперименты включали в себя наиболее точную проверку линейности квантовой механики. Зелингер построил дифракционный эксперимент с двумя щелями на приборе S18 в Институте Лауэ-Ланжевена, который впоследствии достиг большей точности и мог работать с одним нейтроном за раз.