Skip to content
Home » NIST-natuurkundige Adam Kaufman wint doorbraak New Horizons in Physics Prize

NIST-natuurkundige Adam Kaufman wint doorbraak New Horizons in Physics Prize

    NIST-natuurkundige Adam Kaufman wint doorbraak New Horizons in Physics Prize
    Adam Kaufman poseert voor een foto van het hoofd met een plank met bibliotheekboeken op de achtergrond.

    Credit:

    R. Jacobson/NIST

    Boulder, Kolo. — Natuurkundige Adam Kaufman van het National Institute of Standards and Technology (NIST) van het Amerikaanse ministerie van Handel heeft de New Horizons in Physics Prize 2023 ontvangen van de Breakthrough Prize Foundation voor zijn werk bij het bevorderen van de controle over atomen en moleculen om atoomklokken te verbeteren en quantum informatieverwerking.

    Kaufman deelt de prijs van $ 100.000 met geselecteerde winnaars, allemaal van verschillende instellingen (Hannes Bernien, Manuel Endres, Kang-Kuen Ni, Hannes Pichler en Jeff Thompson). De prijscommissie selecteerde de winnaars “voor de ontwikkeling van optische pincetarrays om controle over individuele atomen te realiseren voor toepassingen in de kwantuminformatiewetenschap, metrologie en moleculaire fysica.”

    De New Horizons in Physics Prize wordt toegekend aan veelbelovende beginnende onderzoekers die al belangrijk werk hebben geleverd. Jaarlijks worden er maximaal drie New Horizons in Physics Prijzen uitgereikt.

    “Adams werk heeft nieuwe mogelijkheden geopend voor de kwantumfysica, voor atoomklokken en meer, en we zijn er trots op dat zijn prestaties worden erkend”, aldus onderminister van Handel voor Standaarden en Technologie en NIST-directeur Laurie E. Locascio. “Deze prijs erkent niet alleen zijn wetenschappelijke prestaties, maar ook hoe die prestaties het onderzoek van anderen op dit gebied al vooruit hebben geholpen. Ik ben ervan overtuigd dat er in zijn toekomst nog veel meer wetenschappelijke doorbraken zullen volgen.”

    Natuurkundigen zijn voortdurend op zoek naar betere manieren om de moleculen, ionen en atomen die deel uitmaken van de kwantumwereld te isoleren en te controleren. Optische pincetten zijn zeer strak gefocuste lichtstralen die snel atomen en moleculen kunnen vangen en manipuleren. Arthur Ashkin, die een optisch pincet ontwikkelde bij Bell Laboratories, ontving in 2018 een Nobelprijs voor de natuurkunde voor de uitvinding.

    Kaufman leidt een onderzoeksgroep bij JILA, een gezamenlijk onderzoeksinstituut van NIST en de University of Colorado Boulder. Zijn team onderzoekt het gebruik van optische pincetten als middel om goed gecontroleerde kwantumsystemen te creëren – in dit geval samengesteld uit geordende arrays van enkele aardalkali-atomen. De veelzijdigheid van de systemen die de onderzoekers verkennen, heeft nieuwe soorten atoomklokken, kwantuminformatieverwerking en mogelijk de realisatie van nieuwe toestanden van materie mogelijk gemaakt.

    Een van de projecten waar Kaufman bekend om staat, is hoe deze pincetten kunnen worden gebruikt om optische atoomklokken te verbeteren. Optische atoomklokken gebruiken de beweging van elektronen in een atoom om de tijd te meten. Maar deze klokken vereisen dat atomen zo worden gerangschikt en voorbereid dat de atomen niet met elkaar interfereren en de meting van de klok verstoren. Dat proces kost doorgaans veel tijd en voorbereiding, en de hoeveelheid tijd die de atomen coherent kunnen zijn of “run” kunnen zijn, aangezien een klok kan worden beperkt tot een paar seconden voordat de atomen opnieuw moeten worden ingesteld.

    Kaufman en zijn team gebruiken het optische pincet om snel en efficiënt atomen te vangen, met name strontiumatomen, om een ​​optische atoomklok te maken. Het pincet stelt ze ook in staat om interacties tussen atomen te regelen, waardoor verstrengelde atomaire toestanden (een kwantumfenomeen waarin individuele atomen als één kunnen werken) voor de klok worden voorbereid. Met deze strategie bereikte de groep van Kaufman lange coherentietijden, waarbij de klok 30 tot 50 seconden ononderbroken liep. Ze hebben ook de eerste verstrengelde “Bell-toestanden” voorbereid in een optische klok met een neutraal atoom, waarin de verstrengeling de tiksnelheid van de klok kan versnellen en dienovereenkomstig de precisie ervan kan verbeteren.

    Naast het gebruik van een optisch pincet voor atoomklokken, heeft Kaufman ook het gebruik van een pincet voor het manipuleren van aardalkaliatomen voor het verwerken van kwantuminformatie, die nodig is voor kwantumcomputers en een beter begrip van de atomaire wereld en hoe we deze kunnen benutten voor nieuwe toepassingen, verder ontwikkeld. .

    “Wanneer ze volledig worden gecontroleerd, zijn deze atomen waarmee we werken extreem veelzijdig en hebben ze invloed op een breed scala aan doelen in de kwantuminformatiewetenschap,” zei Kaufman. “Bovendien spreekt de reeks prestaties die in deze prijs worden erkend, van mij en mijn collega’s, echt tot de kracht van het optische pincetparadigma – ik denk dat er nog veel meer gaat komen.”