100 tahun teori yang mengubah fisika bergema dalam keanekaragaman kuantum yang luas di ISTA
2025 menandai 100 Jubilee dari mekanika kuantum. Terlepas dari usianya, Institut Sains dan Teknologi Austria (ISTA) yang tumbuh cepat dan sangat interdisipliner Austria (ISTA) memajukan berbagai bidang penelitian kuantum yang beragam. Tiga belas kelompok independen menyelidiki pertanyaan mendasar mulai dari teori hingga implementasi perangkat. Artikel tinjauan ini menyoroti komunitas yang berkembang dari para peneliti ISTA di garis depan sains kuantum dan bagaimana bidang keahlian mereka menggemakan kemajuan terbaru di lapangan.
Ini adalah Juni 1925, dan seorang fisikawan Jerman berusia 23 tahun akan menghadapi tantangan untuk mengatasi kesulitan mendasar dalam teori atom yang telah menjerumuskan fisika ke dalam krisis pada awal dekade. Saat penyembuhan di pulau Heligoland untuk pulih dari serangan akut demam, Werner Heisenberg-kemudian Privatdozent di University of Göttingen-akan menulis solusi teoritis kuantum untuk persamaan gerak dalam osilator anharmonik. Kembali di Göttingen, ia mengirimkan makalah ke jurnal Zeitschrift für phyik yang akan merevolusi fisika. Makalahnya, berjudul über Die Quantentheoretische Umdeutung Kinematischer und Mechanischer Beziehungen “(Terjemahan Bahasa Inggris:” Pada interpretasi teoritis kuantum tentang hubungan kinematik dan mekanik “), adalah saat adalah momen yang mengantarkan era modern mekanik kuantum.
Maju cepat ke zaman modern kita, 100 tahun kemudian. Sejak didirikan pada tahun 2009, Institute of Science and Technology Austria (ISTA) telah berkembang untuk mencakup bidang penelitian yang luas, termasuk beragam aspek sains dan teknologi kuantum. Sementara Austria terkenal secara internasional sebagai pusat keunggulan dalam penelitian kuantum, ISTA menonjol karena luasnya bidang penelitian kuantum. Di luar teori dan matematika sains kuantum dan fisika kuantum atom dan optik yang lebih tradisional, Institut ini juga berfokus pada bidang yang muncul dari bahan kuantum dan implementasi perangkat.
Teori dan matematika sains kuantum
Dalam sebuah esai yang diterbitkan di Nature awal tahun ini, filsuf Sean Carroll membahas mengapa bahkan fisikawan masih tidak memahami teori kuantum 100 tahun kemudian. Empat kelompok penelitian ISTA bekerja di antarmuka antara matematika dan fisika teoretis untuk membantu memajukan teori sains kuantum.
Sebuah visi perintis dari fisika abad 20 dan penerima Nobel Eugene Wigner adalah bahwa distribusi kesenjangan antara tingkat energi sistem kuantum yang rumit hanya tergantung pada simetri dasar model. Profesor László Erdos dan kelompoknya, Matematika Sistem dan Matriks Quantum yang tidak teratur, berupaya memverifikasi visi Wigner dengan kekakuan matematika penuh.
Profesor Mikhail Lemeshko dan kelompoknya, atom teoretis, fisika molekuler, dan optik, mempelajari berapa banyak fenomena kuantum partikel yang muncul dalam ansambel atom dan molekul. Upaya teoritis mereka bertujuan untuk menjelaskan eksperimen pada molekul dingin dan gas kuantum yang sangat dingin dan memprediksi fenomena baru, yang sebelumnya tidak teramati.
Dengan kelompoknya, Matematika Fisika, Profesor Robert Seiringer mengembangkan alat matematika baru untuk analisis yang ketat dari sistem banyak-partikel dalam mekanika kuantum, dengan fokus khusus pada fenomena eksotis dalam gas kuantum, seperti kondensasi Bose-Einstein dan superfluiditas.
Kelompok Profesor Maksym Serbyn, Dinamika Kuantum dan Teori Materi Kondensasi, mengeksplorasi berbagai pertanyaan terbuka tentang materi non-ekuilibrium kuantum. Dalam publikasi baru -baru ini dalam surat -surat tinjauan fisik, kelompok Serbyn telah mendorong teori bekas luka kuantum, menunjukkan bahwa fenomena kuantum yang aneh ini lebih umum daripada yang diantisipasi. Temuan mereka dapat memiliki aplikasi di masa depan dalam komputasi kuantum.
Ilmu kuantum atom dan optik
Bidang sains kuantum ini menghadapi banyak tantangan, seperti mempertahankan koherensi dalam sistem skala besar, meningkatkan akurasi alat pengukuran, dan mengatasi keterbatasan teknologi saat ini. Tiga kelompok penelitian di ISTA menangani beberapa pertanyaan ini, dengan aplikasi mencapai komputasi kuantum, materi gelap, dan gravitasi kuantum.
Interaksi materi cahaya ultrafast telah sebagian besar dilihat dari perspektif “semiklasik”, memperlakukan materi kuantum-mekanis sambil memaksakan deskripsi klasik medan elektromagnetik. Asisten Profesor Denissa Baykusheva dan kelompoknya, UltraFast Quantum Spectroscopy, berupaya menjembatani celah ini dan sepenuhnya membawa spektroskopi ultrafast ke rezim kuantum.
Dengan kelompoknya, penginderaan kuantum dengan atom dan cahaya, asisten profesor onur hosten bertujuan untuk mengembangkan teknik inovatif untuk mengontrol sifat kuantum sistem atom, optik, dan mekanik. Tujuan jangka panjang kelompok ini adalah untuk mengeksplorasi pertanyaan eksperimental yang menantang, seperti sifat materi gelap dan interaksi antara mekanika kuantum dan gravitasi.
Asisten Profesor Julian Léonard dan kelompoknya, Quantum Optics, berupaya memahami partikel -partikel kecil dan kekuatan yang mengatur perilaku mereka dengan mempelajari sistem optik kuantum yang dibangun dari atom dan foton yang dikendalikan secara individual. Pendekatan mereka dapat membantu meningkatkan bahan dan mengembangkan aplikasi dalam komputasi kuantum dan pemrosesan informasi kuantum.
Mempelajari dan mengembangkan bahan kuantum
Fisikawan Joseph Orenstein berpendapat dalam fisika 2012 saat ini bahwa menemukan dan menyelidiki bahan-bahan yang sifat elektroniknya tidak dapat dipahami dengan konsep-konsep dari buku teks materi terkondensasi konten adalah tema pemersatu yang menggembalakan era bahan kuantum. Dengan satu grup baru bergabung dengan ISTA tahun ini, Institut akan memiliki empat kelompok yang memajukan bahan kuantum.
Kelompok asisten profesor Zhanybek Alpichshev, materi kental dan optik ultrafast, menggunakan metode optik yang sangat cepat untuk memahami mekanisme fisik yang mendasari beberapa fenomena yang sangat rumit dalam fisika banyak tubuh, seperti perilaku sejumlah besar partikel berkorelasi kuat.
Bahan kuantum modern, seperti superkonduktor yang tidak konvensional, cairan spin kuantum, dan semimetal topologi, inang berbagai keadaan materi yang muncul. Dengan kelompoknya, termodinamika bahan kuantum di mikro, asisten profesor Kimberly Modic menggabungkan probe termodinamika yang dibuat khusus dengan persiapan sampel canggih untuk menentukan simetri yang rusak dan struktur topologi negara-negara ini.
Kelompok asisten profesor Hryhoriy Polshyn, fenomena elektronik yang muncul dalam bahan 2D, secara eksperimental mengeksplorasi keadaan elektronik baru dan menyelidiki sifat fundamental mereka. Penelitian kelompok ini bertujuan untuk lebih memahami keadaan elektronik eksotis dan menetapkan latar belakang fisika untuk perangkat dan qubit elektronik baru yang konseptual.
Dengan kelompoknya, probe simetri materi kuantum, asisten profesor Veronika Sunko yang masuk, yang akan bergabung dengan ISTA pada bulan September 2025, akan mengeksplorasi penyebab dan konsekuensi dari pemecahan simetri dalam bahan kuantum dan hubungannya dengan topologi. Dia bertujuan untuk mengembangkan metode eksperimental yang peka terhadap simetri yang rusak dan menggunakannya untuk menemukan, mengkarakterisasi, dan memanipulasi fenomena baru.
Mekanika kuantum solid dan implementasi perangkat
Kemajuan terbaru dalam mekanika kuantum solid-state telah menyebabkan terobosan dalam ilmu material, elektronik, dan teknologi kuantum. Dua kelompok penelitian di ISTA fokus pada bidang ini, memajukan aplikasi dalam implementasi perangkat dan komputasi kuantum.
Kelompok Profesor Johannes Fink, perangkat terintegrasi kuantum, mempelajari fisika kuantum dalam perangkat berbasis chip listrik, mekanik, dan optik untuk memajukan teknologi kuantum untuk simulasi, komunikasi, teknik pengukuran, dan penginderaan. Dalam publikasi baru -baru ini di Nature Physics, Fink Group mencapai pembacaan sepenuhnya optik qubit superkonduktor, mendorong teknologi di luar keterbatasan saat ini. Pekerjaan ini meletakkan dasar untuk membangun jaringan komputer kuantum superkonduktor yang terhubung melalui serat optik pada suhu kamar.
Profesor Georgios Katsaros dan kelompoknya, Nanoelectronics, menyelidiki nanodevices semikonduktor dan mempelajari efek kuantum ketika perangkat ini didinginkan hingga -273,14 ° C. Mereka bertujuan untuk membuat qubit spin di germanium dan untuk memahami apakah qubit yang dilindungi dapat diwujudkan dalam sistem semikonduktor-superconductor hibrida. Selain itu, mereka mempelajari fisika fundamental baru yang muncul di Nanodevices semikonduktor. Dalam publikasi baru -baru ini di Nature Communications, kelompok Katsaros memanfaatkan respons hole spin qubit terhadap medan magnetik dan listrik, sehingga menjawab pertanyaan mendasar tentang fisika yang dapat membantu memajukan prosesor kuantum.
Seri Kuantum di Media Sosial ISTA
Dengan PBB menyatakan 2025 sebagai tahun internasional sains dan teknologi kuantum, ISTA akan memulai seri media sosial berjudul “ Saya banyak versi diri saya … keadaan qudit dari seorang ilmuwan kuantum . “Serial ini, terinspirasi oleh prinsip -prinsip kuantum superposisi dan ketidakpastian, akan menampilkan para peneliti ISTA yang menunjukkan berbagai aspek dan peran mereka sebagai ilmuwan kuantum.
Ikuti kami di saluran media sosial kami dan nantikan konten kuantum!
