Dansk bidrag til årets Nobelpris i fysik

Når den amerikanske fysiker David Wineland til december modtager Nobelprisen i Stockholm, vil det besværlige danske “ø” sandsynligvis optræde flere gange i hans takkeforedrag.

“Han viser i næsten alle sine foredrag et bestemt diagram, hvor vi er krediteret, og hvor han omhyggeligt gengiver de danske bogstaver”, fortæller Klaus Mølmer, professor i teoretisk atomfysik og kvanteoptik ved Institut for Fysik og Astronomi ved Aarhus Universitet. Ligesom professor Anders Søndberg Sørensen fra Niels Bohr Institutet har Klaus Mølmer længe håbet på, at den nu 68-årige Wineland ville få verdens fornemste fysikerpris.

“David Wineland er en gigant inden for kvanteoptik. Han har altid været en pioner og en fantastisk dygtig eksperimentel kvantefysiker. Da jeg selv gik i folkeskolen, og Anders knap nok var født, var Wineland allerede i gang med at fange og studere enkelte atomare ioner. Omkring år 2000 udførte han et forsøg, der blev udråbt til at være et af årtiets vigtigste, fordi det for første gang lykkedes at få flere partikler til på en og samme tid at være i en og en anden tilstand”.

På vej mod kvantecomputere
I kvantemekanikkens verden kan samme partikel tilsyneladende befinde sig flere steder på samme tid, og flere partikler kan være forbundet med hinanden, selv om de er adskilt over store afstande.

“Fra at være betragtet som mystiske og kontroversielle aspekter af den kvantemekaniske beskrivelse ses flertydigheden og forbundetheden af de mikroskopiske partikler nu som en mulighed: Hvis vi kan lagre data i partiklerne, kan vi foretage flere beregninger på dem på samme tid i en såkaldt kvantecomputer. Winelands arbejde med fangede atomare ioner har bragt os et langt stykke ad vejen mod kvantecomputeren”.

Et skridt på vejen blev taget med forsøget fra år 2000, og det er her, de to danske forskere har bidraget med input.

“Forsøget byggede på en simpel idé, som Anders, der på det tidspunkt stadig var studerende, havde fået: I Bohrs model for atomet kan man med en lyspuls med den helt rigtige energi få en elektron til at hoppe til en mere energirig bane. Har man to atomer og udsætter dem for lys med lidt for høj og lidt for lav energi, kan de hver for sig ikke bruge det til noget, men hvis den samlede energi passer, kan elektronerne “dele i porten” og hoppe i takt, på netop den måde som vi ønsker i en kvanteberegning. Efter en lidt mere omstændelig matematisk gennemregning indså vi, at processen ville virke helt perfekt, og at den nemt ville kunne udvides til flere atomer. Vi havde ikke selv laboratoriet til at udføre eksperimentet, så vi sendte vores beregninger til Dave, som har brugt vores metode i en række forsøg og vist, at den er en farbar vej til en meget delikat kontrol med fangede atomer”.

Klapsalver
Beskeden om Winelands Nobelpris modtog Klaus Mølmer, mens han selv deltog i en konference i Dresden.

“Da navnene på Nobelprisvinderne skulle offentliggøres i Stockholm, stod jeg på konferencen som ordstyrer i en debat med min telefon på lydløs i lommen. Pludselig blev telefonen levende af beskeder, men jeg kunne jo ikke tage den. Heldigvis kunne en konferencedeltager til alles bifald fortælle, at to helt centrale forskere inden for vores speciale var tildelt Nobelprisen”.

David Wineland deler dette års Nobelpris i fysik med franskmanden Serge Haroche. Uafhængigt af hinanden har de to forskere fået styr på atomer, ioner og fotoner i en sådan grad, at de kan fange dem og måle på dem, uden at de går tabt.

Wineland kan på sit laboratorium i Boulder, Colorado, holde positivt ladede atomer fanget i en ionfælde og påvirke dem med fotoner. Serge Haroche kan på sit laboratorium i Paris fange fotoner og kontrollere dem ved hjælp af atomer.

“Kvantefysikken beskriver den helt mikroskopiske verden, og der er lang vej fra vores forståelse af de teoretiske sammenhænge til direkte at kunne påvise dem og arbejde med dem eksperimentelt. Niels Bohr leverede sin atommodel for snart 100 år siden, men først i de seneste årtier er vi eksperimentelt blevet i stand til at studere et enkelt atom ad gangen”, forklarer Klaus Mølmer.

Den Mølmer-Sørensenske protokol
I dag bruger Wineland og flere andre forskningsgrupper inden for kvanteoptik den protokol, som blev udviklet i 1999 af Mølmer og Sørensen.

“Anders og jeg er naturligvis glade for og stolte af, at vi har bidraget til et eksperimentelt fremskridt. Samtidig ved vi også, at idéen ikke er sværere, end at andre helt sikkert var kommet på den, hvis vi ikke havde fået den først. Dave Wineland har meget beskedent skrevet i en mail, at han er lidt flov over at blive fremhævet som noget særligt med en Nobelpris, fordi så mange forskere samarbejder og bidrager til udviklingen af den moderne forskning”, siger Klaus Mølmer.

Selv er han ikke i tvivl. Både Wineland og Haroche fortjener årets Nobelpris.

“De har gennem deres flotte karrierer som forskere arbejdet kreativt og originalt på at styre og studere enkelte partikler på atomart niveau, og deres metoder og undersøgelser har inspireret andre forskningsområder til at bruge kvantemekanikkens muligheder”.