Войцех Зурек: Пионер квантовой информации и теории декогеренции.

Введение

Польский физик-теоретик (род. 1951) Войцех Губерт Зюрек. Он провёл два года в Калифорнийском технологическом институте в качестве стипендиата Толмана и начал работу в ЛАНЛ в качестве стипендиата Дж. Оппенгеймера.

Карьера

Он был руководителем группы теоретической астрофизики в Лос-Аламосе с 1991 года, пока в 1996 году не стал научным сотрудником в теоретическом отделе. В настоящее время Зюрек является иностранным членом программы космологии в Канадском институте передовых исследований. Он был членом внешнего факультета Института Санта-Фе и приглашенным профессором в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре. Зюрек был соорганизатором программ «Квантовая когерентность и декогерентность» и «Квантовые вычисления и хаос» в Институте теоретической физики UCSB. Он исследует декогерентность, физику квантовой и классической информации, неравновесную динамику генерации дефектов и астрофизику. Он также является соавтором, вместе с Уильямом Вуттерсом и Деннисом Диксом, доказательства невозможности клонирования отдельного кванта (см. теорему о запрете клонирования). Он также ввел термины «эйнселекция» и «квантовая дискорда». Зюрек вместе со своим коллегой Томом В. Б. Кибблом разработал основополагающую концепцию для понимания генерации дефектов в неравновесных процессах, в частности, для понимания топологических дефектов, возникающих при пересечении точки фазового перехода второго рода с конечной скоростью. Эта концепция охватывает явления огромного разнообразия и масштабов, от формирования структур в ранней Вселенной до генерации вихрей в сверхтекучих жидкостях. Ключевой механизм генерации критических дефектов известен как механизм Киббла — Зюрека, а полученные законы масштабирования — как законы масштабирования Киббла — Зюрека. Он указал на фундаментальную роль окружения в определении набора специальных базисных состояний, устойчивых к декогерентности, вызванной окружением (указательные состояния), которые однозначно определяют классический измерительный прибор. Его работа по декогерентности прокладывает путь к пониманию возникновения классического мира из квантового, устраняя искусственные границы между ними, такие как те, что были введены Нильсом Бором в знаменитой копенгагенской интерпретации квантовой механики. Основной механизм, предложенный и разработанный Зюреком и его коллегами, известен как квантовый дарвинизм. Его работа также имеет большой потенциал для развития новой области квантовых вычислений. Он является пионером в области информационной физики, редактором влиятельной книги «Сложность, энтропия и физика информации» и возглавил усилия, которые окончательно развеяли миф о демоне Максвелла. Зюрек показал, что демон может извлекать энергию из окружающей среды «бесплатно», если он (а) способен обнаруживать структуру в окружающей среде и (б) способен сжимать эту структуру (в то время как оставшаяся информация представлена более компактно, чем полное описание структуры). Таким образом, демон может использовать тепловые флуктуации. Однако он показал, что в термодинамическом равновесии (наиболее вероятном состоянии окружающей среды) демон в лучшем случае может лишь добиться нулевого результата, даже если информация об окружающей среде сжата. В результате своих исследований Зюрек предложил пересмотреть определение энтропии и выделить две составляющие: часть, которую мы уже знаем об окружающей среде (измеряемую в терминах сложности Колмогорова), и оставшуюся неопределенность, обусловленную нашими знаниями (измеряемую в терминах энтропии Шеннона). Он является научным сотрудником Национальной лаборатории Лос-Аламоса и одновременно научным сотрудником лаборатории (престижное звание для ученого национальной лаборатории США). В 2010 году Зюрек был удостоен премии имени Альберта Эйнштейна, присуждаемой Фондом Университета Ульма в Германии.

He was the leader of the Theoretical Astrophysics Group at Los Alamos from 1991 until he was made a laboratory fellow in the theory division in 1996. Zurek is currently a foreign associate of the Cosmology Program at the Canadian Institute for Advanced Research. He served as a member of the external faculty of the Santa Fe Institute, and has been a visiting professor at the University of California, Santa Barbara. Zurek co organized the programs Quantum Coherence and Decoherence and Quantum Computing and Chaos at UCSB's Institute for Theoretical Physics. He researches decoherence, physics of quantum and classical information, non equilibrium dynamics of defect generation, and astrophysics. He is also the co author, along with William Wootters and Dennis Dieks, of a proof stating that a single quantum cannot be cloned (see the no cloning theorem). He also coined the terms einselection and quantum discord. Zurek with his colleague Tom W. B. Kibble pioneered a paradigmatic framework for understanding defect generation in non equilibrium processes, particularly, for understanding topological defects generated when a second order phase transition point is crossed at a finite rate. The paradigm covers phenomena of enormous varieties and scales, ranging from structure formation in the early Universe to vortex generation in superfluids. The key mechanism of critical defect generation is known as the Kibble–Zurek mechanism, and the resulting scaling laws known as the Kibble–Zurek scaling laws. He pointed out the fundamental role of environment in determining a set of special basis states immune to environmental decoherence (pointer basis) which defines a classical measuring apparatus unambiguously. His work on decoherence paves a way towards the understanding of emergence of the classical world from the quantum mechanical one, getting rid of ad hoc demarcations between the two, like the one imposed by Niels Bohr in the famous Copenhagen interpretation of quantum mechanics. The underlying mechanism proposed and developed by Zurek and his collaborators is known as quantum Darwinism. His work also has a lot of potential benefit to the emerging field of quantum computing. He is a pioneer in information physics, edited an influential book on "Complexity, Entropy and the Physics of Information", and spearheaded the efforts that finally exorcised Maxwell's demon. Zurek showed that the demon can extract energy from its environment for "free" as long as it (a) is able to find structure in the environment, and (b) is able to compress this pattern (whereas the remaining code is more succinct than the brute force description of the structure). In this way the demon can exploit thermal fluctuations. However, he showed that in thermodynamic equilibrium (the most likely state of the environment), the demon can at best break even, even if the information about the environment is compressed. As a result of his exploration, Zurek suggested redefining entropy and distinguishing between two parts: the part that we already know about the environment (measured in Kolmogorov complexity), and, conditioned on our knowledge, the remaining uncertainty (measured in Shannon entropy). He is a staff scientist at Los Alamos National Laboratory and also a laboratory fellow (a prestigious distinction for a US National Laboratory scientist). Zurek was awarded the Albert Einstein Professorship Prize by the Foundation of the University of Ulm in Germany in 2010.