Prof. Anton Zeilinger

  Profesor Anton Zeilinger Doctor Honoris Causa Uniwersytetu Gdańskiego 

Anton Zeilinger (doktorat obroniony w 1971 roku na Uniwersytecie Wiedeńskim) jest profesorem fizyki na tymże uniwersytecie i aktualnym Prezydentem Austriackiej Akademii Nauk. Prof. Zeilinger przeprowadził wiele przełomowych eksperymentów dotyczących zjawisk kwantowo-mechanicznych, począwszy od ważnych i fundamentalnych testów aż do innowacyjnych zastosowań.

Po studiach fizyczno-matematycznych na Uniwersytecie Wiedeńskim, Anton Zeilinger pracował jako doktorant, a później jako asystent pod kierownictwem prof. Helmuta Raucha na Politechnice Wiedeńskiej (Technical University of Vienna). Jako członek grupy prof. Raucha Zeilinger brał udział w doświadczeniach nad interferometrią neutronową prowadzonych w ILL (Institut Laue - Langevin) w Grenoble (Francja). W jednym z pierwszych eksperymentów potwierdzono fundamentalne przewidywanie mechaniki kwantowej, a mianowicie, zmianę znaku fazy spinora przy obrotach. Następnie, po raz pierwszy zrealizowano koherentną spinową superpozycję fal materii. Zeilinger kontynuował prace nad interferometrią neutronową w MIT, w grupie prof. C.G. Shull'a (laureata nagrody Nobla w 1994 roku).

Jego badania koncentrowały się na dynamicznych efektach dyfrakcyjnych neutronów w idealnych kryształach, co jest powodowane przez koherentne superpozycje wielu fal materii.Po powrocie do Europy, Zeilinger zbudował interferometr dla bardzo zimnych neutronów, co poprzedziło późniejsze, analogiczne doświadczenia z atomami. Przeprowadzone  fundamentalne doświadczenia dotyczyły m.in., najbardziej dokładnego testu liniowości mechaniki kwantowej, a także pięknego eksperymentu dyfrakcyjnego (na dwóch szczelinach) dla pojedynczych neutronów. Rzeczywiście, w tym ostatnim doświadczeniu, gdy rejestrowano jeden neutron, drugi nadal spoczywał w jądrze uranu oczekując na kolejną emisję.

W późnych latach 80-tych Anton Zeilinger zainteresował się zagadnieniem splątania kwantowego. Jego badania zaowocowały bardzo znaczącymi osiągnięciami. Wraz z Greenberger'em i Horne'em napisali pierwszą pracę dotyczącą splątania pomiędzy więcej niż dwoma cząstkami. Uzyskane twierdzenie GHZ ma dla fizyki kwantowej znaczenie  fundamentalne, bowiem pozwala wskazać na ważną sprzeczność pomiędzy lokalnym realizmem a przewidywaniami mechaniki kwantowej. Ponadto stany GHZ są pierwszym przykładem badań nad splątaniem wielo-cząstkowym. W tej chwili stany te mają swoją własną pozycję w klasyfikacji PACS.

W roku 1990 Anton Zeilinger został profesorem fizyki na Uniwersytecie w Innsbrucku.Otrzymał wtedy szansę prowadzenia badań w dwóch tematykach. Pierwsza dotyczyła splątanych fotonów. Druga, ze względu na ograniczone możliwości badań neutronów,to optyka atomowa. Stworzył szereg metod służących do koherentnej manipulacji wiązkami atomowymi. Wiele z nich, jak na przykład koherentne przesunięcie energii atomowej fali de Broglie'a poprzez dyfrakcję na modulowanej czasowo fali świetlnej, stanowią do dzisiaj kamień węgielny doświadczeń nad ultra zimnymi atomami

W badaniach splatanych fotonów głównym celem badań Zeilingera, począwszy od wczesnych lat 90-tych, była doświadczalna demonstracja sprzeczności GHZ. Dokonano tego dopiero w 1998 roku. W trakcie badań udało się stworzyć wiele nowoczesnych narzędzi doświadczalnych bardzo ważnych dla  fizyki splątanych fotonów. Do tych osiągnięć należą, na przykład, zbudowanie jasnego źródła polaryzacyjnie splątanych fotonów, sposoby identyfikacji stanów Bella, a także metody uzyskiwania koherentnej emisji więcej niż jednej pary splatanych fotonów z jednego kryształu. Uzyskane techniki doświadczalne pozwoliły Zeilingerowi na przeprowadzenie pierwszych doświadczeń ze splątanymi fotonami istotnych dla teorii informacji kwantowej. Pierwsze zastosowanie splątania w dowolnym protokole informacji kwantowej pozwoliło zademonstrować supergęste kodowanie. Inne osiągnięcia to badania kwantowej kryptografii bazującej na zjawisku splątania, pierwsze doświadczenia związane z kwantową teleportacją niezależnego fotonu, pierwsza realizacja wymiany splątania.

W roku 1999 Anton Zeilinger został profesorem fizyki Uniwersytetu Wiedeńskiego i znów częściowo zmienił swe zainteresowania naukowe. Pozostawił z boku szeroko rozumianą optykę atomową i zajął się doświadczeniami nad skomplikowanymi i masywnymi makromolekułami. Udana demonstracja kwantowej interferencji dla fulerenów C₆₀ i C₇₀ otworzyła nową i aktywnie badaną dziedzinę badań. Inne kluczowe rezultaty dotyczą bardzo precyzyjnych badań dekoherencji  zachodzącej w złożonych biologicznych makromolekułach  poprzez promieniowanie termiczne i zderzenia atomowe. Prace te kontynuuje teraz Markus Arndt.

Nadal są prowadzone badania splątanych fotonów. Głównym obiektem zainteresowań Antona Zeilingera w latach 2000-cznych są optyczne metody obliczeń kwantowych, kryptografia kwantowa wykorzystująca zasoby splątania, doświadczenia z parami splątanych fotonów na wielkie odległości.

W zakresie optycznych metod obliczeń kwantowych Zeilinger i jego grupa badawcza dokonali badań szeregu procedur, na przykład  puryfikacji splątania, bramek kwantowych. Kulminacją badań była pierwsza demonstracja jednokierunkowych obliczeń kwantowych przy zastosowaniu najbardziej nowoczesnych metod ultraszybkiego sprzężenia w przód. Jednokierunkowe obliczenia kwantowe zastosowano do implementacji algorytmu Grover'a, gier kwantowych, a także tzw. dylematu więźnia. Aktualnie prace te kontynuuje  Philip Walther.

Anton Zeilinger należy do pionierów precyzyjnych eksperymentów ukazujących łamanie nierówności Bella z wykorzystaniem splątanych fotonów. Jeszcze pracując w Insbrucku, zaprojektował razem ze swoją grupą test Bella używając niezależnych generatorów liczb losowych, eliminując w ten sposób tzw. lukę w spełnieniu założeń twierdzenia Bella dotyczącą lokalności. Później, w kolejnym eksperymencie na Wyspach Kanaryjskich została po raz pierwszy zamknięta luka dotycząca wolności wyboru ustawień pomiarowych przez obserwatorów. Następnie w Wiedniu została wyeliminowana kolejna luka, tym razem dotycząca luka uczciwego zliczania. Ostatnio grupa Wiedeńska była w tanie przeprowadzić test łamania lokalnego realizmu jednocześnie wolny od wszystkich luk. Taki eksperyment ma również znaczenie aplikacyjne, ponieważ przedstawia ostateczny dowód, że kwantowa kryptografia może być bezwarunkowo bezpieczna.  

Doświadczenia Zeilingera dotyczące dystrybucji splątania  na dalekie dystanse rozpoczęto w Wiedniu. Przeprowadzono pierwszy transfer pieniędzy pomiędzy bankiem i klientem za pomocą stanów splątanych. Badania były kontynuowane za pomocą włókien optycznych łączących laboratoria na dwóch brzegach Dunaju. Następnie powiększano dystans na terenie Wiednia. Ostatnio prowadzono badania na dystansie 144 km pomiędzy wyspami z archipelagu Kanaryjskiego. Zademonstrowano także możliwość komunikacji z satelitami. We współpracy z Chińską Akademią Nauk rozpoczęto prace nad ogólnoświatową siecią komunikacji kwantowej.

Anton Zeilinger prowadzi także działalność inspirującą pasje i ciekawość naukową. Jest założycielem i dyrektorem “International Academy Traunkirchen”,  instytucji, której celem działania jest wspieranie utalentowanych studentów. Napisał tak ze trzy bestsellerowe książki popularno-naukowe: “Einsteins Schleier”,  “Einsteins Spuk” oraz  “Dance of the Photons”. Przyczynia się także do popularyzacji nauki poprzez sztukę. Czyni to biorąc udział w znanym na świecie festiwalu sztuki dOCUMENTA (13).

Anton Zeilinger, za swą działalność naukową otrzymał szereg nagród i wyróżnień. Między innymi, jest laureatem Niemieckiego orderu "Order Pour le Mérite",  nagrody Wolfa, nagrody "Inaugural Isaac Newton Medal" brytyjskiego  Institute of Physics, medalu "Great Cross of Merit with Star" RFN, medalu  " Medaille du Collège de France", nagrody "Willis E. Lamb Award for Laser Science and Quantum Optics" USA, a także nagrody   Króla  Faisala (Arabia).

Anton Zeilinger jest członkiem wielu akademii nauk: Austriackiej, Berlińsko-Branderburskiej, Słowackiej, Białoruskiej, Serbskiej, niemieckiej Narodowej Akademii Leopoldina,  Académie des Sciences Paris,  US National Academy of Sciences,  European Academy of Sciences. Jest także członkiem wielu stowarzyszeń naukowych:  American Association for the Advancement of Science AAAS, the American Physical Society APS, World Academy of Sciences TWAS,  Socio Corrispondente Straniero of Accademia Galileiana.

Anton Zeilinger otrzymał także wyróżnienie "doctor honoris cause" kilku uczelni: Uniwersytetu Gdańskiego, Uniwersytetu Humboldta w Berlinie,  Narodowej Akademii Nauk Ukrainy. Ponadto jest honorowym profesorem University of Science and Technology of China.