PREMIO NOBEL DE FÍSICA 2012

by Física 525 - 2013

PREMIO NOBEL DE FÍSICA 2012

http://es.euronews.com/2012/10/09/nobel-de-fisica-por-capturar-una-particula-de-luz/Nobel de física por capturar una partícula de luz

El francés Serge Haroche y el estadounidense David Wineland ganan el premio Nobel de física por su contribución a la óptica cuántica.

Esta trata de las interacciones entre los fotones, la partícula que transporta la luz, y el resto de la materia.

Concretamente ambos han conseguido con dos métodos distintos la tarea de capturar un fotón sin destruirlo, un avance que puede resultar muy importante para el desarrollo de los ordenadores cuánticos, mucho más potentes que los clásicos.

«por la medida y manipulación de sistemas cuánticos individuales»

Muchas quinielas apuntaban a un premio Nobel de Física en el campo de la mecánica cuántica, quizás relacionado con la computación cuántica; al final se ha llevado el gato al agua la óptica cuántica, la interacción entre luz y materia a nivel cuántico, que tiene algunas aplicaciones en computadores cuánticos. La Academia Sueca ha decidido premiar a dos físicos que han desarrollado técnicas experimentales para la manipulación de sistemas cuánticos formados por una sola partícula, en concreto, al estadounidense David J. Wineland (Univ. Colorado) por sus trampas para átomos e iones, midiendo su estado cuántico con fotones, y al francés Serge Horache (Ecole Normale Supérieure) por sus trampas para fotones, midiendo su estado cuántico mediante átomos. Ambas técnicas son claves para el desarrollo de cubits cuánticos y con ellos de los futuros ordenadores cuánticos; en la actualidad sus aplicaciones se centran en el desarrollo de relojes de alta precisión como los utilizados en el NIST (donde también está afiliado Wineland). 

La mecánica cuántica describe el comportamiento individual de átomos y fotones, pero comprobar sus predicciones requiere estudiar estos sistemas en forma aislada sin que les perturbe el entorno. El Premio Nobel de Física de 1997 fue concedido a Steven Chu, Claude Cohen-Tannoudji y William D. Phillips por desarrollar las técnicas criogénicas que permitieron atrapar átomos individuales mediante luz láser, y el Nobel de Física de 1989 fue para Norman F. Ramsey, Hans G. Dehmelt y Wolfgang Paul por la aplicación a los relojes atómicos (el primero) de las técnicas de trampas de iones desarrolladas por los otros dos. Obviamente, el siguiente paso era desarrollar técnicas para la medida y la caracterización de las propiedades cuánticas de estos sistemas. El Premio Nobel de Física de 2012 ha premiado a dos pioneros en el desarrollo de dichas técnicas para la caracterización mediante fotones de las propiedades de iones atrapados y para la caracterización mediante iones de fotones atrapados en una cavidad.

Wineland trabajó con Dehmelt en 1975 para aprender las técnicas para atrapar iones y realizó los primeros experimentos que le han llevado al Nobel en 1978. Los iones son atrapados mediante campos eléctricos estáticos y oscilatorios en una cavidad de ultravacío. Estas tampas de iones pueden atrapar un ión individual o varios puestos en fila india. A muy baja temperatura los iones tienen estados cuánticos de dos tipos, los externos son los modos de vibración que caracterizan su movimiento en la trampa, y los internos son los niveles electrónicos de sus electrones. Utilizando fotones se puede lograr que ambos tipos de modos se acoplen, como demostraron varios grupos de investigación, entre ellos el de Wineland (1986). Las técnicas desarrolladas por Wineland (y por muchos otros) permiten controlar de forma individual los estados externos e internos de los iones atrapados. En especial destaca la posibilidad de entrelazar varios iones atrapados, con gran número de aplicaciones en computación cuántica. En mi opinión, lo más interesante de las técnicas experimentales de Wineland es que permiten estudiar la decoherencia cuántica y medir sus efectos sobre un sistema con varios cubits entrelazados.

Atrapar fotones en cavidades para estudiar sus propiedades cuánticas fue posible a finales de los 1980. Muchos grupos de investigación trabajaron en este campo (llamado a veces electrodinámica cuántica en cavidades, Cavity-QED, que tiene múltiples aplicaciones en óptica cuántica e información cuántica), destacando el trabajo de Haroche que logró atrapar dos fotones en el dominio de las microondas, lo que permitía estudiar su entrelazamiento mutuo. Poder medir las propiedades cuánticas de estos fotones sin destruir su estado (quantum non-demolition measurement) mediante iones ha sido la gran aportación de Haroche en 1990 que le ha conducido al Nobel. Para ello se acoplan los estados del fotón con los estados de vibración de un ión (o átomo) que atraviesa la cavidad. El gato cuántico de Schrödinger no podía faltar. El trabajo de Haroche y Wineland permite desarrollar experimentos de tipo gato de Schrödinger utilizando fotones e iones que hacen el papel del gato. Desde 1996 se han realizado múltiples experimentos de este tipo que han copado titulares de prensa por doquier.

La gran pregunta en España es si el premio a Wineland dificulta un premio a Cirac y Zöller. Los tres obtuvieron la Medalla Benjamín Franklin en 2010, premio concedido por el Instituto Franklin, Filadelfia, EEUU. Las técnicas de Wineland han permitido llevar a la práctica las propuestas teóricas de Cirac y Zöller (1995) para el desarrollo de computadores cuánticos basados en iones atrapados. Los cubits (bits cuánticos) se almacenan en la estructura hiperfina de los niveles de energía de los iones. Wineland y sus colegas fueron capaces de construir una puerta lógica CNOT (no-controlado) utilizando iones de berilio en 1995 siguiendo las ideas de Cirac y Zöller. Sin embargo, en mi opinión, Cirac tiene las mismas posibilidades de lograr el Nobel ayer que hoy. El problema de Cirac vendrá cuando vayan a darle un Nobel a Zeilienger y/o a Zöller. Depende de la combinación de nombres que se barajen, Cirac estará entre los premiados o se quedará a un pelo de serlo. Obviamente, es solo mi opinión.

Serge Haroche

Serge Haroche

Serge Haroche (2009)

Nacimiento

11 de septiembre de 1944 http://es.wikipedia.org/wiki/CasablancaCasablanca, 

http://es.wikipedia.org/wiki/Protectorado_franc%C3%A9s_de_MarruecosProtectorado francés de Marruecos

Residencia

Francia

Nacionalidad

Francesa

Campo

Física cuántica

Instituciones

http://es.wikipedia.org/wiki/Colegio_de_FranciaColegio de Francia

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%89cole_Normale_Sup%C3%A9rieureEscuela Normal Superior

Premios destacados

Premio Nobel de Física 2012

Serge Haroche (

http://es.wikipedia.org/wiki/CasablancaCasablanca, 

http://es.wikipedia.org/wiki/Protectorado_franc%C3%A9s_de_MarruecosProtectorado francés de Marruecos, 11 de septiembre de 1944), es un 

http://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsicofísico francés de ascendencia 

http://es.wikipedia.org/wiki/Pueblo_jud%C3%ADojudía, laureado con el 

http://es.wikipedia.org/wiki/Premio_Nobel_de_F%C3%ADsicapremio Nobel de Física en 2012, junto a 

http://es.wikipedia.org/wiki/David_WinelandDavid Wineland,

http://es.wikipedia.org/wiki/Serge_Haroche1 «por la medida y manipulación de sistemas cuánticos individuales»

http://es.wikipedia.org/wiki/Serge_Haroche2

Serge Haroche trabaja en el 

http://es.wikipedia.org/wiki/Colegio_de_FranciaColegio de Francia y en la 

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%89cole_Normale_Sup%C3%A9rieureEscuela Normal Superior de París, y ha desarrollado investigaciones fundamentales sobre la interacción entre la 

http://es.wikipedia.org/wiki/Luzluz y la 

http://es.wikipedia.org/wiki/Materiamateria.

Campos de investigación

Haroche es principalmente conocido por demostrar la 

http://es.wikipedia.org/wiki/Decoherencia_cu%C3%A1nticadecoherencia cuántica mediante la observación experimental, trabajando con colegas en la École Normale Supérieure, en París en 1996.

Publicaciones

Exploring the Quantum - Atoms, Cavities and Photons (con 

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Jean-Michel_Raimond&action=edit&redlink=1Jean-Michel Raimond) Oxford University Press, septiembre de 2006, 

http://es.wikipedia.org/wiki/Especial:FuentesDeLibros/9780198509141ISBN 978-0-19-850914-1

Jongler avec la lumière - Une exploration du monde quantique, De Vive Voix, París (2010)

Premios

Oficial de la 

http://es.wikipedia.org/wiki/Legi%C3%B3n_de_HonorLegión de Honor francesa

1988 Premio Einstein para la Ciencia del Láser

1992 

http://es.wikipedia.org/wiki/Premio_HumboldtPremio Humboldt

1993 

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Medalla_Albert_A._Michelson&action=edit&redlink=1Medalla Albert A. Michelson del 

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Instituto_Franklin&action=edit&redlink=1Instituto Franklin

http://es.wikipedia.org/wiki/Serge_Haroche3

2007 

http://www.osa.org/aboutosa/awards/osaawards/awardsdesc/charlestownes/Premio Charles Hard Townes de la Sociedad Americana de Óptica (OSA).

2009 

http://es.wikipedia.org/wiki/Medalla_de_Oro_del_CNRSMedalla de Oro del CNRS

2012 

http://es.wikipedia.org/wiki/Premio_Nobel_de_F%C3%ADsicaPremio Nobel de Física (compartido con 

http://es.wikipedia.org/wiki/David_J._WinelandDavid J. Wineland)

David Wineland

David Jeffrey Wineland

David Wineland en 2008

Nacimiento

24 de febrero de 1944 http://es.wikipedia.org/wiki/WisconsinWisconsin, 

http://es.wikipedia.org/wiki/Estados_UnidosEstados Unidos

Residencia

Estados Unidos

Nacionalidad

Estadounidense

Campo

Física cuántica

Instituciones

http://es.wikipedia.org/wiki/Universidad_de_Colorado_en_BoulderUniversidad de Colorado en Boulder

http://es.wikipedia.org/wiki/Alma_m%C3%A1terAlma máter

http://es.wikipedia.org/wiki/Universidad_de_HarvardUniversidad de Harvard http://es.wikipedia.org/wiki/Universidad_de_California_en_BerkeleyUniversidad de California en Berkeley

Supervisor doctoral

http://es.wikipedia.org/wiki/Norman_Foster_RamseyNorman Foster Ramsey, Jr.

Premios destacados

Premio Nobel de Física 2012

Cónyuge

Sedna Quimby-Wineland

David Jeffrey Wineland (

http://es.wikipedia.org/wiki/WisconsinWisconsin, 

http://es.wikipedia.org/wiki/Estados_UnidosEstados Unidos, 24 de febrero de 1944) es un 

http://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsicofísico estadounidense, laureado con el 

http://es.wikipedia.org/wiki/Premio_Nobel_de_F%C3%ADsicapremio Nobel de Física en 2012, junto a 

http://es.wikipedia.org/wiki/Serge_HarocheSerge Haroche,

http://es.wikipedia.org/wiki/David_Wineland1 «por la medida y manipulación de sistemas cuánticos individuales».

http://es.wikipedia.org/wiki/David_Wineland2 Trabaja en el 

http://es.wikipedia.org/wiki/Instituto_Nacional_de_Est%C3%A1ndares_y_Tecnolog%C3%ADaInstituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y el laboratorio de física de la 

http://es.wikipedia.org/wiki/Universidad_de_Colorado_en_BoulderUniversidad de Colorado en Boulder.

Su trabajo ha incluido avances en 

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93pticaóptica, enfriamiento láser de 

http://es.wikipedia.org/wiki/Ioniones en 

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Trampa_i%C3%B3nica_cuadripolar&action=edit&redlink=1trampas de Paul y el uso de iones atrapados en operaciones de

http://es.wikipedia.org/wiki/Computaci%C3%B3n_cu%C3%A1nticacomputación cuántica.

Carrera científica

Wineland cursó sus estudios secundarios en el Instituto Encina de Sacramento, California, en 1961.

http://es.wikipedia.org/wiki/David_Wineland3 Obtuvo su licenciatura en Física en la

http://es.wikipedia.org/wiki/Universidad_de_California,_BerkeleyUniversidad de California, Berkeley en 1965 y finalizó su doctorado en 1970, trabajando con 

http://es.wikipedia.org/wiki/Norman_Foster_RamseyNorman Foster Ramsey Jr., en la 

http://es.wikipedia.org/wiki/Universidad_de_HarvardUniversidad de Harvard, desarrollando una tesis doctoral titulada "El máser atómico de deuterio". Luego trabajó como investigador postdoctoral en el grupo de

http://es.wikipedia.org/wiki/Hans_DehmeltHans Dehmelt en la 

http://es.wikipedia.org/wiki/Universidad_de_WashingtonUniversidad de Washington antes de unirse a la National Bureau of Standards en 1975, donde inició el grupo de almacenamiento de iones, ahora en el 

http://es.wikipedia.org/wiki/NISTNIST, Boulder.

David Wineland trabaja actualmente en la 

http://es.wikipedia.org/wiki/Universidad_de_ColoradoUniversidad de Colorado, y ha desarrollado investigaciones fundamentales sobre la interacción entre la

http://es.wikipedia.org/wiki/Luzluz y la 

http://es.wikipedia.org/wiki/Materiamateria.

Wineland es un miembro de la 

http://es.wikipedia.org/wiki/Sociedad_Americana_de_F%C3%ADsicaSociedad Americana de Física, la 

http://es.wikipedia.org/wiki/Sociedad_%C3%93ptica_EstadounidenseSociedad Óptica Estadounidense, y fue elegido miembro de la 

http://es.wikipedia.org/wiki/Academia_Nacional_de_Ciencias_de_Estados_UnidosAcademia Nacional de Ciencias de Estados Unidos en 1992.

Premios

1990 Premio Davisson-Germer de Física Atómica o de Superficies.

1990 Premio William F. Meggers de la 

http://es.wikipedia.org/wiki/Sociedad_%C3%93ptica_EstadounidenseSociedad Óptica Estadounidense (OSA).

1996 Premio Einstein para la Ciencia del Láser de la Sociedad de Electrónica y Óptica Cuántica.

1998 Premio Rabi de las Sociedad IEEE de ultrasonidos, ferroelectricidad y control de frecuencia

http://es.wikipedia.org/wiki/David_Wineland4

2001 Premio Arthur L. Schawlow en Ciencia del Láser.

http://es.wikipedia.org/wiki/David_Wineland5

2007 

http://es.wikipedia.org/wiki/Medalla_Nacional_de_la_CienciaMedalla Nacional de la Ciencia en las ciencias de la ingeniería

http://es.wikipedia.org/wiki/David_Wineland6

2008 Premio Herbert Walther de la Sociedad Óptica Estadounidense (OSA).

http://es.wikipedia.org/wiki/David_Wineland7

2010 Premio del 

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Institute_Franklin&action=edit&redlink=1Institute Franklin en Física, compartido con 

http://es.wikipedia.org/wiki/Juan_Ignacio_CiracJuan Ignacio Cirac y 

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Peter_Zoller.&action=edit&redlink=1Peter Zoller.

Medalla Frederic Ives

2012 

http://es.wikipedia.org/wiki/Premio_Nobel_de_F%C3%ADsicaPremio Nobel de Física compartido con 

http://es.wikipedia.org/wiki/Serge_HarocheSerge Haroche.

http://es.wikipedia.org/wiki/David_Wineland2

PREMIO NOBEL DE FÍSICA 2012