Nositel Nobelovy ceny za fyziku přednášel na Matfyzu

Celou akci, jejíž součástí byla např. konference Sounds of Science a další veřejná vystoupení, organizoval Francouzský institut v Praze. Přednáška v refektáři nazvaná Juggling with atoms and photons in a box: from fundamental tests to new quantum technologies byla věnována experimentálním technikám, které prof. Haroche se spolupracovníky ve své pařížské laboratoři rozvíjí již od 70. let minulého století. Jeho práce na pomezí atomové fyziky a kvantové optiky umožnila demonstrovat podivuhodné zákony kvantové fyziky a stala se také jedním z pilířů dnes intenzívně rozvíjených metod „kvantové informatiky“.

V přednášce, na kterou dorazili jak odborní pracovníci, tak studenti MFF UK, byly názorným způsobem vysvětleny základní principy a experimentální metody založené na interakci vysoce excitovaných atomů s kvantovaným elektromagnetickým polem v mikrovlnné dutině. Experimenty prof. Haroche představují unikátní prostředek k vytváření stavů hmoty, které nemají v klasickém světě analogii. Cílené ovládání takových stavů pak přináší četné možnosti aplikací v budoucích technologiích. Prof. Haroche zdůraznil, že právě základní výzkum – někdy zdánlivě neužitečné „hraní si“ s fundamentálními zákony přírody – často přináší objevy té největší praktické hodnoty.

Po přednášce následovala neformální diskuse se studenty v rámci akce nazvané výmluvně „pivo s doktorandy“. Prof. Haroche dále navštívil také naši karlovskou budovu, kde si prohlédl laboratoř optospintroniky.

Serge Haroche se narodil v roce 1944 v marocké Casablance. Když mu bylo 12 let, rodina se přestěhovala do Francie. Studium fyziky absolvoval na École Normale Supérieure a Université Pierre-et-Marie Curie v Paříži. Doktorát z fyziky získal v roce 1971 pod vedením profesora Clauda Cohena-Tennoudji, který sám později obdržel Nobelovu cenu v roce 1997 za vývoj technik laserového chlazení.

Během své kariéry publikoval profesor Haroche stovky vědeckých článků v oblasti experimentální atomové fyziky a kvantové optiky. Tyto práce dosud nasbíraly přes 20 tisíc citací. Profesor Haroche učil na řadě významných univerzit, včetně MIT, Harvardu, Yale a dalších. Od roku 2001 působí na College de France v Paříži.

Za svou práci obdržel profesor Haroche mnoho cen a medailí. V roce 2012 byly jeho mimořádné vědecké výsledky odměněny Nobelovou cenou za fyziku, kterou získal společně s Davidem J. Winelandem z USA za „průlomové experimentální metody, které umožňují měření a ovládání jednotlivých kvantových systémů“.

Experimentální výzkum profesora Haroche je od počátku zaměřen na interakce atomů s kvantovaným elektromagnetickým polem, tedy na oblast, která se nachází v průsečíku atomové fyziky a kvantové optiky. V experimentech prováděných během studií a v počátcích vědecké kariéry profesora Haroche v 70. letech minulého století měly používané stavy elektromagnetického pole převážně klasický charakter. Byly zkoumány změny kvantových vlastností atomů indukované oblakem okolních fotonů („dressed atoms“). Postupně se však zájem profesora Haroche přesouval k situacím, které se již klasickým způsobem nedaly popsat ani částečně. Jeho práce ukázaly, že stavy hmoty vytvořené v interakcích atomů s jednotlivými fotony vykazují fascinující vlastnosti, které vyplývají z fundamentálních kvantových principů a umožňují realizovat některé z myšlenkových experimentů diskutovaných samotnými otci-zakladateli kvantové teorie.

V průběhu 70. let vybudoval prof. Haroche se svými spolupracovníky v Paříži laboratoř, ve které takové experimenty mohly začít být prováděny. Technika založená na atomových svazcích procházející mikrovlnnou dutinou ozařovanou současně paprsky laditelných laserů jim umožnila vytvořit vysoce excitované, tzv. Rydbergovy stavy atomů a demonstrovat fascinující fenomén Dickeho superradiance – zesílené kolektivní emise záření z atomového vzorku. Obor fyziky, které se v těchto experimentech postupně začínal rodit, se nazývá „dutinová kvantová elektrodynamika“ („cavity QED“). Tento název odkazuje k Feynmanově fundamentální „podivné teorii světla a hmoty“ a zároveň nabízí obrovský potenciál pro nejrůznější „kvantově inženýrské“ aplikace.

V 90. letech byl profesor Haroche vůdčí postavou mnoha klíčových experimentů provedených v jeho laboratoři. Jmenujme jen ty nejslavnější: demonstrace kvantového bezinterakčního měření, vytvoření analogie stavu Schrödingerovy kočky, teleportace atomového stavu, pozorování kvantových skoků a dekoherence, vytvoření atomových EPR stavů. S novým miléniem se akcent práce profesora Haroche přesunul od pozorování k úplnější kontrole kvantových procesů. Můžeme tak číst články nazvané například Step-by-step engineered multiparticle entanglement, Coherent control of an atomic collision in a cavity nebo Towards quantum simulation with circular Rydberg atoms. Opravdu, ovládnutí světa kvantové fyziky nám pravděpodobně otevře zcela nové technologické a výpočetní možnosti. Není pochyb, že profesor Haroche bude jednou jmenován mezi prvními průkopníky této nadcházející „kvantové éry“.

prof. RNDr. Pavel Cejnar, DSc.