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Antón Zeilinger

Anton Zeilinger ( en alemán: [ˈanton ˈtsaɪlɪŋɐ] ; nacido el 20 de mayo de 1945) es un físico cuántico austríaco y premio Nobel de Física de 2022. [8] Zeilinger es profesor emérito de física en la Universidad de Viena y científico senior en el Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica de la Academia Austriaca de Ciencias . [9] La mayor parte de su investigación se centra en los aspectos fundamentales y las aplicaciones del entrelazamiento cuántico .

En 2007, Zeilinger recibió la primera Medalla Inaugural Isaac Newton del Instituto de Física de Londres por "sus contribuciones conceptuales y experimentales pioneras a los fundamentos de la física cuántica , que se han convertido en la piedra angular del campo de rápida evolución de la información cuántica ". [10] [9] En octubre de 2022, recibió el Premio Nobel de Física , junto con Alain Aspect y John Clauser por su trabajo que involucra experimentos con fotones entrelazados, estableciendo la violación de las desigualdades de Bell y siendo pioneros en la ciencia de la información cuántica. [11]

Vida temprana y educación

Anton Zeilinger nació en 1945 en Ried im Innkreis , Alta Austria , Austria. Estudió física en la Universidad de Viena de 1963 a 1971. [12] Recibió un doctorado de la Universidad de Viena en 1971, con una tesis sobre "Medidas de despolarización de neutrones en un monocristal Dy" bajo la dirección de Helmut Rauch . Se calificó como profesor universitario ( habilitación ) en la Universidad Tecnológica de Viena en 1979. [13] [14] [15]

Carrera

En la década de 1970, Zeilinger trabajó en el Instituto Energético de Viena como asistente de investigación y, más tarde, como investigador asociado en el Laboratorio de Difracción de Neutrones del Instituto Tecnológico de Massachusetts hasta 1979, cuando aceptó el puesto de profesor asistente en el mismo Instituto. Ese año obtuvo el título de profesor universitario en la Universidad Tecnológica de Viena. [12] [16]

En 1981 Zeilinger regresó al MIT, como profesor asociado en la facultad de física, hasta 1983. Entre 1980 y 1990 trabajó como profesor en la Universidad Tecnológica de Viena, la Universidad Técnica de Múnich, la Universidad de Innsbruck y la Universidad de Viena. [17]

También fue director científico del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica en Viena entre 2004 y 2013. [12] Zeilinger se convirtió en profesor emérito de la Universidad de Viena en 2013. [12] Fue presidente de la Academia Austriaca de Ciencias desde 2013 hasta 2022. [18]

Desde 2006, Zeilinger es vicepresidente del consejo de administración del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria , un ambicioso proyecto iniciado por propuesta de Zeilinger. En 2009, fundó la Academia Internacional Traunkirchen, [19] que se dedica al apoyo de estudiantes talentosos en ciencia y tecnología. Es un fanático de la Guía del autoestopista galáctico de Douglas Adams , llegando al punto de bautizar su velero con el nombre de 42. [ 20]

Investigación

Teletransportación cuántica

El más conocido es su primer descubrimiento sobre la teletransportación cuántica de un cúbit independiente. [21] Más tarde, amplió este trabajo para desarrollar una fuente de propagación libre de cúbits teletransportados [22] y la teletransportación cuántica a lo largo de 144 kilómetros entre dos islas Canarias. [23] La teletransportación cuántica es un concepto esencial en muchos protocolos de información cuántica. Además de su papel en la transferencia de información cuántica, también se considera un posible mecanismo importante para construir puertas dentro de computadoras cuánticas. [24]

Intercambio de entrelazamientos: teletransportación de entrelazamientos

El intercambio de entrelazamiento es la teletransportación de un estado entrelazado. Después de su propuesta, [25] el intercambio de entrelazamiento fue implementado por primera vez experimentalmente por el grupo de Zeilinger en 1998. [26] Luego se aplicó para llevar a cabo una prueba de intercambio de entrelazamiento de elección retardada. [27]

Entrelazamiento más allá de dos qubits: estados GHZ y sus realizaciones

Anton Zeilinger sostiene una escultura de Julian Voss-Andreae , foto de J. Godany

Anton Zeilinger contribuyó a la apertura del campo del entrelazamiento de múltiples partículas. [28] En 1990, fue el primero, junto con Daniel Greenberger y Michael Horne, en trabajar en el entrelazamiento de más de dos qubits. [29] El teorema GHZ resultante (véase el estado de Greenberger–Horne–Zeilinger ) es fundamental para la física cuántica, ya que proporciona la contradicción más sucinta entre el realismo local y las predicciones de la mecánica cuántica. [30]

Los estados GHZ fueron los primeros casos de entrelazamiento de múltiples partículas jamás investigados. [31]

Finalmente, en 1999, logró proporcionar la primera evidencia experimental de entrelazamiento más allá de dos partículas [32] y también la primera prueba de no localidad cuántica para estados GHZ. [33]

Comunicación cuántica, criptografía cuántica, computación cuántica

En 1998 (publicado en 2000), su grupo fue el primero en implementar la criptografía cuántica con fotones entrelazados . [34] [35]


Posteriormente, también aplicó el entrelazamiento cuántico a la computación cuántica óptica , donde en 2005 [36] realizó la primera implementación de computación cuántica unidireccional. Se trata de un protocolo basado en la medición cuántica según lo propuesto por Knill, Laflamme y Milburn. [37]

Los experimentos de Zeilinger y su grupo sobre la distribución del entrelazamiento en grandes distancias comenzaron con comunicaciones cuánticas y teletransportación tanto en el espacio libre como a través de fibras entre laboratorios ubicados en diferentes orillas del río Danubio . [38] Esto luego se extendió a distancias mayores a través de la ciudad de Viena [39] y a más de 144 km entre dos Islas Canarias , lo que resultó en una demostración exitosa de que la comunicación cuántica con satélites es factible. Su sueño es poner fuentes de luz entrelazada en un satélite en órbita. [20] Un primer paso se logró durante un experimento en el Observatorio de medición de distancia por láser de Matera, Italia  [it] . [40]

Más nuevos estados entrelazados

Con su grupo, Anton Zeilinger realizó numerosas contribuciones a la realización de nuevos estados entrelazados. La fuente de pares de fotones entrelazados por polarización desarrollada con Paul Kwiat cuando era un posdoctorado en el grupo de Zeilinger [41] se utiliza en muchos laboratorios. La primera demostración del entrelazamiento del momento angular orbital de los fotones abrió un nuevo campo de investigación en muchos laboratorios. [42]

Superposición cuántica macroscópica

Zeilinger también está interesado en extender la mecánica cuántica al dominio macroscópico. A principios de los años 1990, comenzó a realizar experimentos en el campo de la óptica atómica. Desarrolló varias formas de manipular coherentemente los haces atómicos, muchas de las cuales, como el cambio de energía coherente de una onda atómica de De Broglie al difractarse en una onda de luz modulada en el tiempo, se han convertido en parte de los experimentos actuales con átomos ultrafríos. En 1999, Zeilinger abandonó la óptica atómica para realizar experimentos con macromoléculas muy complejas y masivas: los fulerenos . La demostración exitosa de la interferencia cuántica para estas moléculas C 60 y C 70 [43] en 1999 abrió un campo de investigación muy activo.

En 2005, Zeilinger y su grupo investigaron la física cuántica de los voladizos mecánicos. En 2006, junto con Heidmann en París [ cita requerida ] y Kippenberg en Garching [ cita requerida ], demostraron experimentalmente el autoenfriamiento de un microespejo mediante presión de radiación , es decir, sin retroalimentación. [44]

Utilizando estados de momento angular orbital, pudo demostrar el entrelazamiento del momento angular hasta 300 ħ. [45]

Más pruebas fundamentales

El programa de pruebas fundamentales de la mecánica cuántica de Zeilinger tiene como objetivo implementar realizaciones experimentales de muchas características no clásicas de la física cuántica para sistemas individuales. En 1998, [46] proporcionó la prueba final de la desigualdad de Bell cerrando el vacío de comunicación mediante el uso de generadores de números aleatorios superrápidos. Su grupo también realizó el primer experimento de desigualdad de Bell que implementó la condición de libertad de elección [47] y proporcionó la primera realización de una prueba de Bell sin el supuesto de muestreo justo para fotones. [48]

Entre las pruebas fundamentales adicionales que realizó, la más notable es su prueba de una gran clase de teorías realistas no locales propuestas por Leggett . [49] El grupo de teorías excluidas por ese experimento puede clasificarse como aquellas que permiten una subdivisión razonable de conjuntos en subconjuntos. Va significativamente más allá del teorema de Bell . Mientras Bell demostró que una teoría que es a la vez local y realista está en desacuerdo con la mecánica cuántica, Leggett consideró teorías realistas no locales donde se supone que los fotones individuales llevan polarización. La desigualdad de Leggett resultante se violó en los experimentos del grupo de Zeilinger. [50]

De manera análoga, su grupo demostró que incluso los sistemas cuánticos donde el entrelazamiento no es posible exhiben características no clásicas que no pueden explicarse mediante distribuciones de probabilidad no contextuales subyacentes. [51]

Interferometría de neutrones

El trabajo más temprano de Anton Zeilinger es quizás el menos conocido. Su trabajo sobre interferometría de neutrones sirvió de base para sus investigaciones posteriores. [52]

Como miembro del grupo de su supervisor de tesis, Helmut Rauch , en la Universidad Técnica de Viena , Zeilinger participó en una serie de experimentos de interferometría de neutrones en el Instituto Laue-Langevin (ILL) en Grenoble. Su primer experimento de este tipo confirmó una predicción fundamental de la mecánica cuántica, el cambio de signo de una fase de espinor al rotar. [53] A esto le siguió la primera realización experimental de la superposición coherente de espín de ondas de materia . Continuó su trabajo en interferometría de neutrones en el MIT con CG Shull ( Premio Nobel ), centrándose específicamente en los efectos de difracción dinámica de neutrones en cristales perfectos que se deben a la superposición coherente de múltiples ondas. Después de su regreso a Europa, construyó un interferómetro para neutrones muy fríos que precedió a experimentos similares posteriores con átomos. Los experimentos fundamentales allí incluyeron una prueba más precisa de la linealidad de la mecánica cuántica. Zeilinger construyó un experimento de difracción de doble rendija [54] en el instrumento S18 del Instituto Laue-Langevin que, más tarde, ganó en precisión y podía actuar con un solo neutrón a la vez en el aparato. [55]

Honores y premios

Premios y reconocimientos internacionales

Premios y reconocimientos austriacos

En la cultura popular

Zeilinger ha sido entrevistado por Morgan Freeman en la temporada 2 de Through the Wormhole . [71]

Referencias

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