MUTIS UNal 2013Quiroga
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De los saltos al control cuántico Luis Quiroga [email protected] Grupo de Física de la Materia Condensada http://@fimaco.uniandes.edu.co Cátedra MUTIS Universidad Nacional de Colombia Bogotá, 3 de Abril 2013 Contenido 1. Niels BOHR y la primera revolución cuántica: . Modelos atómicos . Saltos cuánticos . Dualidad onda-partícula, incertidumbre y probabilidad… 2. Segunda revolución cuántica: . Premio Nobel de Física 2012 . Saltos cuánticos y Control cuántico 3. Conclusiones http://www.aip.org/ Niels H. D. Bohr Copenhague 1885- Copenhague 1962 Niels Bohr Premio Nobel en Física 1922 Prize motivation: "for his services in the investigation of the structure of atoms and of the radiation emanating from them". http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/ “Cambiar de respuesta es evolución... cambiar de pregunta es revolución” Jorge Wagensberg, Más árboles que ramas Tusquets Editores, Barcelona, 2012 Parte - 1 Niels Bohr Primera revolución cuántica Determinar las leyes básicas que gobiernan el mundo atómico Kelvin & Helmholtz : Éter como fluido ideal + átomos como vórtices en él. Modelo mecánico ≈ Cuerda & nudos www.glogster.com Faraday & Maxwell : Éter como substrato electromagnético Joseph John Thomson Manchester1856- Cambridge 1940 Premio Nobel de Física 1906 Modelo de J.J.Thomson Cambridge University, 1903-04 Prize motivation: "in recognition of the great merits of his theoretical and experimental investigations on the conduction of electricity by gases". http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/ Modelo de J.J.Thomson Cambridge University, 1903-04 Experimento de H.Geiger & E.Marsden 1909-10 Credit: Encyclopædia Britannica, Inc. Ernest Rutherford Nelson (New Zealand) 1871- Cambridge 1937 Premio Nobel de Química 1908 ketzal.wordpress.com http://www.chem1.com/acad/webtext/atoms /atpt-3.html Prize motivation: "for his investigations into the disintegration of the elements, and the chemistry of radioactive substances". http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/ Niels Bohr PhD, University of Copenhague, 1911 Thesis=Electronic Theory of Metals Post-doc: Cambridge University, 1911 (J.J.Thomson) Cambio a Manchester University, 1912 (Radioactividad, E.Rutherford) 1913… Trilogía de 1913 en Philosophical Magazine: On the constitution of atoms and molecules Part I: Series 6, Vol. 26, p.1 (July) Part II: Series 6, Vol. 26, p.476 (September) Part III: Series 6, Vol. 26, p.857 (November) www.theworldsgreatbooks.com Espectros atómicos y saltos cuánticos Espectros atómicos y saltos cuánticos www.mabra.it Espectros atómicos y saltos cuánticos The Balmer series of hydrogen as seen by a lowresolution spectrometer. Credit: Arthur L. Schawlow, Stanford University, and Theodore W. Hansch, Max Planck Institute for Quantum Optics www.cielodeguadaira.org Espectros atómicos y saltos cuánticos teachers.bcps.org www.mabra.it Bohr vs. Einstein Einstein contra la complementariedad! Einstein, Podolski & Rosen, Phys.Rev. 47, 777 (1935) “La mecánica cuántica es una teoría incompleta: no incluye todos los elementos de realidad” Enredamiento! (Entanglement) No-localidad! Niels Bohr "Every word I utter is to be understood not as an affirmation but as a question." "Anyone who is not shocked by quantum theory has not understood it“. “There are things so serious that you can only joke about them“. S.S.Schweber, Am.J.Phys. 60, 1052 (1992) Qué dijeron otros sobre Bohr? H.Margenau: “Bohr’s atom sat like a baroque tower upon the Gothic base of classical electrodynamics." P.Ehrenfest: called Bohr’s model “completely monstrous." A.Einstein: the Bohr’s atom“one of the greatest discoveries" W.Heisenberg: “I learned optimism from Sommerfeld, mathematics in Göttingen, and physics from Bohr”. E.Schrödinger: “If all this damned quantum jumping were really here to stay, I should be sorry I ever got involved with quantum theory”. S.S.Schweber, Am.J.Phys. 60, 1052 (1992) L.S.Feuer, Am.J.Phys. 54, 762 (1986) sp.depositphotos.com www.openscience.org www.3833.com Parte - 2 Segunda revolución cuántica Otro legado de Bohr: control y tecnologías cuánticas Control cuántico Organizar y controlar las componentes de un sistema complejo gobernado por las leyes de la física cuántica Recursos experimentales… • Control espacial en nanómetros… NANOTECNOLOGÍA •Control temporal en femtosegundos… ESPECTROSCOPÍA ULTRA-RÁPIDA •Control a nivel de fotones individuales… ÓPTICA CUÁNTICA Luz & Materia … a nivel cuántico En 1952, Erwin Schrödinger pensaba que la manipulación de objetos microscópicos únicos era algo imposible or photon “We never experiment with one electron, or atom or molecule. In thoughtexperiments, we sometimes assume that we do. This invariably entails ridiculous consequences...” British Journal of the Philosophy of Science (1952) Observación y manipulación de objetos cuánticos individuales: 26 ▬►Segunda revolución cuántica Premio Nobel en Física 2012 Control cuántico France USA Del control cuántico a las tecnologías cuánticas 1- Probabilidad e incertidumbres 2- Cuantización de la energía 3- Tunelamiento 4- Superposición 5- Enredamiento 6- Pérdida de la coherencia cuántica 7- ... http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2012/haroche-lecture.html Montaje experimental S.Haroche Creación de gatos de Scrhödinger Muerte de gatos de Scrhödinger: decoherencia Iones uno por uno… Ión único! Saltos cuánticos… Baja energía Alta energía 1- Saltos instantáneos 2- En instantes aleatorios e incontrolados 3- Sólo se puede determinar la distribución estadística de los saltos Observar saltos cuánticos en sistemas de materia condensada? http://www.physics.ucsb.edu/~awschalom/ Centros NV de color en diamante D.Awschalom et al., Scientific American, p.84, Octubre 2007 NV en diamante = qubit controlado por luz Spin=1 Centro Nitrógeno-Vacancia (NV) en diamante 3A Diamante: -bandgap 6 eV -Tdebay: 2000K Largo T2 de defectos a TA 1A 3 GHz ΔE=1.945eV 3E Optical detection of single defects, Gruber A, Wrachtrup J et al, SCIENCE 276, 2012 (1997) Control cuántico de NVs en diamante … a temperatura ambiente… Oscilaciones de Rabi D.D.Awschalom et al., Science 339, 1174 (2013) Enredamiento de NVs en diamante Physics 4, 78 (2011) DOI: 10.1103/Physics.4.78 Driving a Hard Bargain with Diamond Qubits APS/S. Benjamin and J. Smith Enredamiento No-localidad de la física cuántica “El enredamiento es la esencia del quantum” E.Schrödinger, 1935 Nature, in press Saltos cuánticos en centros NV en diamante … a temperatura ambiente… M.D.Lukin et al., Nature 467, 278 (2010) Saltos cuánticos en centros NV en diamante … a temperatura ambiente… Conclusiones y perspectivas… S.K.Saikin et al., cond-mat/1304.0124 Conclusiones y perspectivas… Control cuántico Tecnologías cuánticas · Tecnología de la información cuántica · Sistemas cuánticos electromecánicos · Electrónica cuántica coherente - Spintronics · Fotónica – Óptica cuántica · Materia cuántica coherente · Biología cuántica?... FIN
