20. november 2017

Eugene Polzik får 10 millioner kroner til grundforskning og innovation i kvanteoptik

Bevilling:

Kvanteoptiklaboratoriet Quantop på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet, har modtaget bevillinger på i alt 10 millioner kroner fra de to fonde John Templeton Foundation (USA) og EUREKA – et europæisk netværk, der arbejder for et målrettet samarbejde mellem små og mellemstore virksomheder, forskningscentre og universiteter.

Professor Eugene Polzik i QUANTOP laboratoriet på Niels Bohr Institutet i København.

Fællesnævneren for forskningen i Quantop, der er finansieret af disse fonde, er kvantemekaniske målinger af store objekter, der går ud over kvantemekanikkens normale grænser med anvendelsesmuligheder inden for så forskellige emner som kraft- og accelerationssensorer og tyngdebølgedetektorer.

John Templeton Foundation (JTF) støtter forskning, der udfordrer de helt store spørgsmål som ’hvad er grænserne for hvad vi kan se?’ (www.templeton.org) og ’Kvantemekaniske grænser for måling af bevægelse’. Disse store emner indsendt af Eugene Polzik, er blevet udvalgt til at modtage finansiering igennem en konkurrence, hvor kun ganske få procent af de særligt udvalgte indsendte forslag modtager finansiering. Det store spørgsmål, som projektet forsøger at besvare, er “kan vi observere bevægelse af makroskopiske objekter uden usikkerhed?”

Resultatet af dette projekt vil ændre vores forståelse af de fundamentale grænser for kvantemekanikkens grænser, og for den viden vi kan opnå omkring objekters bevægelse. Disse fundamentale grænser er blevet diskuteret af kvantemekanikkens grundlæggere, såsom Niels Bohr og Werner Heisenberg. Bohrs komplimentaritetsprincip og Heisenbergs ubestemthedsrelation sætter grænser for, hvor præcist positionen og hastigheden af et objekt kan observeres. Disse grænser er i lang tid blevet anset som en forhindring for præcise målinger af bevægelse, fordi observation af et objekts position fører til en tilfældig påvirkning af dets hastighed. På den måde fører selve observationen til påvirkning af objektets bevægelse, hvilket resulterer i de såkaldte kvantemekaniske normale grænser for præcisionen for måling af bevægelse. Eugene Polzik og kollegaer har foreslået en metode at måle bevægelsen af et objekt mere præcist end denne normale kvantemekaniske grænse. Denne nye tilgang danner grundlang for det finansierede projekt. Tilgangen til projektet involverer frembringelsen af ikke-klassiske sammenfiltrede tilstande af kæmpe objekter. På denne måde vil projektet undersøge grænsen mellem den klassiske og den kvantemekaniske verden for reelt makroskopiske objekter med masser i kilo-størrelsen.

Udover forskningsaktiviteterne vil John Templeton Foundation også være med til at finansiere en konference omkring ’Fysikken og Filosofien bag Kvantemålinger’, som vil blive afholdt i København i 2019.

Udover den fundamentale vigtighed af at studere de ultimative kvantemekaniske grænser for viden, vil dette projekt generere indsigt, som vil hjælpe med udviklingen af nye type af målinger af krafter, acceleration og gravitation. Takket været udviklingen af fysik og laserteknologi, er kvantemekanikkens normale grænse for præcisionsmålinger nået i laboratorier verden over. Vigtige eksempler på sådanne eksperimenter er tyngdebølgedetektorer såsom LIGO i USA og VIRGO i Europa. Observeringer af tyngdebølger, der i år blev betænkt med årets nobelpris i fysik, bliver foretaget ved at måle meget små bevægelser af spejle i optiske interferometre. Disse bevægelser stammer fra gravitationsbølger. Forskning støttet af John Templeton Foundation vil undersøge anvendelsen af disse nye principper for måling af bevægelse i tyngdebølgedetektorer.

Et billede fra 2016: Medlemmerne af Quantop forskningsgruppen og Eugene Polzik.

Bevillingen fra EUREKA støtter den teknologiske udvikling af apparaturet, der har til formål at forbedre følsomheden af tyngdebølgedetektorer. Projektet “Kvantemålingsforbedret tyngdebølgedetektion” (Eng: “Quantum measurement enhanced gravitational wave detection (Q-GWD)”) forener forskerhold fra Danmark og Østrig. De danske deltagere, DFM, Danmarks Nationale Metrologiinstitut og QUANTOP er finansieret af Innovationsfonden. Målet for projektet er udviklingen af et flytbart setup, som består af en sammenfiltret lyskilde samt et atomart spinsystem, hvilket muliggør dæmpning af kvantestøjen fra tyngdebølgeinterferometre.

Eugene Polzik, professor og leder forskningsgruppen Quantop Optics på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet, +45 23 38 20 45, polzik@nbi.dk