Magyar fizikusok a kvantumoptikai kutatások élvonalában
Gábris Aurél, az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Szilárdtestfizikai és Optikai Intézet munkatársa egy prágai kutatócsoport tagjaként részt vett a kvantumrendszerek viselkedésének fényimpulzusok segítségével történő hatékony szimulációjában
: a német-cseh nemzetközi együttműködésben ő végezte el a kísérletek elméleti hátteréhez szükséges számítások többségét. A kutatók kvantumoptikában áttörésnek számító eredményeit a Science folyóirat közölte.
Komoly próbatételt jelent a fizikusok számára a kvantummechanikai rendszerek matematikai modellezése. Ezek közé tartoznak azok a jelenségek is, amelyeket a kvantumos bolyongás matematikai modelljével írhatunk le, s amelyek kétdimenziós rácson való kísérleti megfigyelésére eddig nem volt lehetőség. Az általános elméletet nehéz hétköznapi fogalmakra egyszerűsíteni. Egy vonal mentén tett véletlen bolyongást például elképzelhetünk úgy, hogy minden lépés előtt feldobunk egy érmét, és fej esetén balra, írás esetén jobbra lépünk. Kvantumos bolyongás során nemcsak a bolyongó, hanem az érme is egy kvantumrendszer, ami a bolyongó hullámszerű szétterjedését eredményezi. A Prágai Cseh Műszaki Egyetem Nukleáris Fizikai és Fizikai-mérnöki Kara és az erlangeni Max Planck Intézet közötti együttműködés célja egy kvantumosan bolyongó részecske kétdimenziós rácson való szétterjedésének a megvalósítása volt. A kísérletek során prágai fizikusok egy csoportja – köztük Gábris Aurél a Szilárdtestfizikai és Optikai Intézet tudományos munkatársa – felelt az elméleti háttér kidolgozásáért, a németországi kutatók pedig a kvantumoptikai berendezés megépítéséért és a kísérletek elvégzéséért. „Szinte teljesen hétköznapi elemekből olyan kísérleti berendezést sikerült alkotnunk, amellyel képesek voltunk fényimpulzusokkal szimulálni a kvantumos bolyongást. Én a prágai csapat tagjaként vettem részt a berendezés elméleti hátterének a kidolgozásában. Munkám során erőteljesen támaszkodtam azokra a kutatási eredményekre, amelyeket magyarországi kollegáimmal, Kiss Tamással és Domokos Péterrel értünk el a témában a Lendület program keretében folyó együttműködésben”- nyilatkozta az mta.hu-nak Gábris Aurél, aki jelenleg a prágai egyetemen folytat posztdoktori kutatást. A nemzetközi csapat tagjaként az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont fiatal fizikusai is bizonyítják az európai kvantumoptikai kutatások élvonalához való tarozásukat.
A kétdimenziós kvantumos bolyongást megvalósító kísérletek során a kutatóknak két részecske egydimenziós bolyongását is lehetőségük nyílt szimulálni. A fényimpulzusok tulajdonságainak szabályozásával képesek voltak megváltoztatni a két részecske közötti kölcsönhatást, pl. szabályozni tudták, hogy mennyiben függjön a két részecske közötti távolságtól, valamint kimutatták, hogy két bozonikus – egész számú spinnel rendelkező – részecske nagy valószínűséggel egymáshoz tapad, ha időfejlődésük során találkoznak.
A kvantumos bolyongás szimulációja várhatóan más területeken is hasznosítható lesz: egyrészt más kvantumfizikai folyamatok modellezésében, másrészt a kvantuminformatikában, a különleges kvantumszámítógépek fejlesztése során. A magyar fizikus részvételével megalkotott berendezéssel a jövőben akár olyan kvantumrendszerek viselkedésének a tanulmányozása is lehetővé válik, amelyek kísérletekben történő közvetlen megfigyelése eddig elvi és gyakorlati nehézségekbe ütközött.
Forrás: mta.hu