דייוויד וינלנד
 | |
| לידה | 24 בפברואר 1944 (גיל: 80) |
|---|---|
| ענף מדעי | פיזיקה |
| מקום מגורים | ארצות הברית |
| תרומות עיקריות | |
| עריכת ניסויים במערכות דה-קוהרנטיות קוונטית | |
דייוויד ג'פרי וינלנד (באנגלית: David Jeffrey Wineland; נולד ב-24 בפברואר 1944) הוא פיזיקאי אמריקאי, חוקר במעבדה לפיזיקה של המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה (NIST) בבולדר, ועמית מחקר באוניברסיטת קולורדו, זוכה פרס נובל לפיזיקה לשנת 2012[1].
מחקריו כוללים התקדמות בתחום האופטיקה, בפרט בקירור יונים באמצעות לייזרים במלכודת פאול, ושימוש ביונים הלכודים כדי לבצע פעולות מיחשוב קוונטי.
בשנת 2001 זכה בפרס ארתור שולוב במדעי הלייזר, ובשנת 2012 זכה בפרס נובל לפיזיקה יחד עם סרז' הרוש, על "שיטות מחקר פורצות דרך המאפשרות יכולות מדידה ותמרון של חלקיקים בודדים תוך שימור הטבע הקוונטי שלהם בדרכים שבעבר נראו בלתי אפשריות".
כיום הוא מלמד באוניברסיטת קולורדו, באוניברסיטת אורגון וממשיך לחקור במכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה בבולדר.
קורות חייו
דייוויד וינלנד נולד במילווקי, ויסקונסין בארצות הברית. את תוארו הראשון בפיזיקה קיבל וינלנד מאוניברסיטת קליפורניה, ברקלי בשנת 1965. בהמשך למד באוניברסיטת הרווארד תואר שני ושלישי תחת הנחייתו של זוכה פרס נובל פרופ' נורמן רמזי(אנ') אותם סיים בשנת 1970.
לאחר סיום לימודיו הצטרף לקבוצת המחקר של זוכה פרס נובל פרופ' האנס דלמוט (אנ') באוניברסיטת וושינגטון וחקר אלקטרונים באמצעות מלכודת יונים. בשנת 1975 הצטרף וינלנד להמכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה (NIST) שם הוא חוקר עד היום.
וינלנד נשוי לסנדה קווימבי, לזוג שני ילדים. סנדה היא ביתו של הארכאולוג והאנתרפולוג ג'ורג קווימבי שהיה פרופסור לאנתרפולוגיה באוניברסיטת וושינגטון.
מחקרו
מאז התפתחות המכניקה הקוונטית בשל מורכבות התהליכים הקוונטים הנובעים מאינטראקציות רבות ומורכבות, והקושי לבודד חלקיקים מסביבתם תוך שמירה על תכונותיהם הקוונטיות הניסויים שנערכו לבדיקת השיטה הם בעיקרם מחשבתיים ומתמטיים תאורטיים. בשנת 1970 פותחה שיטה ללכידת חלקיקים טעונים (יונים) שתיקרא לימים מלכודת פאול ושזיכתה את ממציאיה פאול ודלמט בפרס נובל בפיזיקה לשנת 1989. השיטה בנוסף לגילוי שיטת קירור דופלר (סוג של קירור לייזר), שהוצע על ידי וינלנד ככלי לקירור יונים היוותה את הבסיס למחקרו של וינלנד. מלכודות יונים בנויות בוואקום גבוה במיוחד ומורכבת מקומבינציה של שדות אלקטרומגנטיים סטטים ודינמיים המושרים באמצעות אלקטרודות. וינלנד פיתח שיטה בה בעזרת שימוש במלכודת יונים הוא לוכד יונים בודדים, בעזרת שיטת קירור לייזר הנקראת קירור פס צידי (sideband cooling) הוא מוריד את היונים לרמות אנרגיה נמוכות, ואז בעזרת קרינת לייזר נוספת הוא מעלה את היונים למצב בו הרמה האנרגטית שלהם היא בין דרגות האנרגיה בהן הם יכולים להימצא ובעצם גורם ליונים להיכנס לסופרפוזיציה קוונטית כך שהם נמצאים בשתי הדרגות במקביל וניתן לחקור את תכונות הסופרפוזיציה באופן אמפירי. לפי תאוריית הקוונטים עצם המדידה שיוצרת אינטראקציה עם היונים, מאלצת את היונים לקרוס לאחד המצבים. בעבר היה נראה כי היכולת לצפות בסופרפוזיציה בצורה אמפירית היא בלתי אפשרית. אך שיטת המחקר של וינלנד הובילה ליכולת לתאר ולצפות בפרטי פרטים איך פעולת המדידה גורמת למצב הקוונטי לקרוס ולאבד את תכונת הסופרפוזיציה שלו. יכולת זו מאששת באופן אמפירי את התאוריה הקוונטית, שעד לגילויו של וינלנד הייתה בגדר תאוריה מחשבתית בלבד.
שעונים אופטיים
השיטה שפיתח ווינלנד ליכולת שליטה מדויקת על יונים הובילה לפיתוח שעונים אופטיים העולים בסדרי גודל על שעוני הצזיום ששימשו למדידה עד לוינלנד. מדידת זמן בסדרי גודל מדויקים מתבצעת בעזרת מדידת גל בתדירות ידועה שינויים בתדירות הגל. עד לווינלנד אורכי הגל בהם השתמשו היו גלי מיקרו בהם הדיוק לו הגיעו היה של סטיית זמן של 10-9 שניות ביום. בשיטתו של וינלנד בעזרת שימוש בכלוב היונים מספיקים שני יונים בלבד למדידת הזמן כאשר אחד מהיונים מודד את הזמן ומשמש כשעון, והיון השני בעזרת התהליכים שגילה וינלנד והיכולת לשמור על תכונותיהם הקוונטיות של היונים משמש לקריאת המדידות שהתבצעו בעזרת היון הראשון. שימוש בשעון שכזה מאפשר שימוש בגלים בעלי תדירות גבוהה מגלי מקרו כמו גלים בטווח הנראה ואפילו גלים על סגוליים. בשל כך הדיוק שנמדד ע"פ סטיות בתדר עולה ככל שהתדירות הניתנת למדידה עולה. ומכך הצליח וינלנד להגיע לדיוק של רק 10-17 שניות ליממה. להשגת דיוק כה רב יש השפעה מציאותית, שכן בעזרת דיוק כה רב יהיה ניתן להבחין בשינויים בזרימת הזמן, או שינויים בכבידה הנובעים מהתפשטות גלי כבידה במרחב.
מחשבים קוונטים
לשיטה של וינלנד ישנה גם חשיבות גדולה בתרומה למחשוב הקוונטי. במחשוב קוונטי לביט קוונטי או קיוביט יכול להיות סיגנל של 0 ו 1 בו זמנית בגלל תכונת הסופר פוזיציה של הקיוביטים, זאת בנוסף לשלל תופעות קוונטיות הניתנות לשימוש כמו שזירה קוונטית בה משתמשים בתהליכי חישוב מקבילי. אך לשם שימוש בקיוביט יש צורך בשליטה על מצבו הסופרפוזיצי של הקיוביט, תוך שמירה על תכונותיו הקוונטיות. קבוצת המחקר של וינלנד הייתה הראשונה להציג שליטה והפעלת אופרציות על 2 ביטים קוונטים שמתקשרים ביניהם, תוך שמירה על תכונותיהם הקוונטיים. והישג זה מהווה אבן דרך להמשך פיתוח המיחשוב הקוונטי.
קישורים חיצוניים
- פרס נובל לפיזיקה לשנת 2012 לפורצי דרך בתחום האופטיקה הקוונטית סרג' הרוש ודייוויד וויינלאנד, באתר הידען
הערות שוליים
- ^ אסף שטול-טראורינג, פרס נובל לפיזיקה - חוקרי הקוואנטים שסוללים את הדרך למחשבי העתיד, באתר הארץ, 9 באוקטובר 2012
| זוכי פרס נובל לפיזיקה | ||
|---|---|---|
| 1901-1925 | רנטגן (1901) • לורנץ, זימן (1902) • בקרל, פ' קירי, מ' קירי (1903) • ריילי (1904) • לנארד (1905) • תומסון (1906) • מייקלסון (1907) • ליפמן (1908) • מרקוני, בראון (1909) • ואלס (1910) • וין (1911) • דאלן (1912) • אונס (1913) • לאואה (1914) • ה' בראג, ל' בראג (1915) • לא חולק (1916) • ברקלה (1917) • פלאנק (1918) • שטארק (1919) • גיום (1920) • איינשטיין (1921) • בוהר (1922) • מיליקן (1923) • סיגבאן (1924) • פרנק, הרץ (1925) | |
| 1926-1950 | פרן (1926) • קומפטון, וילסון (1927) • ריצ'רדסון (1928) • ברויי (1929) • רמאן (1930) • לא חולק (1931) • הייזנברג (1932) • שרדינגר, דיראק (1933) • לא חולק (1934) • צ'דוויק (1935) • הס, אנדרסון (1936) • דייוויסון, תומסון (1937) • פרמי (1938) • לורנס (1939) • לא חולק (1942–1940) • שטרן (1943) • רבי (1944) • פאולי (1945) • ברידג'מן (1946) • אפלטון (1947) • בלקט (1948) • יוקאווה (1949) • פאוול (1950) | |
| 1951-1975 | קוקרופט, וולטון (1951) • בלוך, פרסל (1952) • זרניקה (1953) • בורן, בותה (1954) • לם, קוש (1955) • שוקלי, ברדין, בראטיין (1956) • יאנג, לי (1957) • צ'רנקוב, פרנק, תם (1958) • סגרה, צ'מברלין (1959) • גלייזר (1960) • הופסטדטר, מסבאואר (1961) • לנדאו (1962) • ויגנר, גופרט-מאייר, ינסן (1963) • טאונס, באסוב, פרוכורוב (1964) • טומונאגה, שווינגר, פיינמן (1965) • קסטלר (1966) • בתה (1967) • אלוורז (1968) • גל-מאן (1969) • אלפוון, נל (1970) • גאבור (1971) • ברדין, קופר, שריפר (1972) • אסאקי, גיאור, ג'וזפסון (1973) • רייל, יואיש (1974) • בוהר, מוטלסון, ריינווטר (1975) | |
| 1976-2000 | ריכטר, טינג (1976) • אנדרסון, מוט, ולק (1977) • קפיצה, פנזיאס, וילסון (1978) • גלאשו, סלאם, ויינברג (1979) • קרונין, פיץ' (1980) • בלומברגן, שולוב, סיגבאן (1981) • וילסון (1982) • צ'נדארסקאר, פולר (1983) • רוביה, מיר (1984) • קליצינג (1985) • רוסקה, ביניג, רורר (1986) • בדנורץ, מילר (1987) • לדרמן, שוורץ, שטיינברג (1988) • רמזי, דמלט, פאול (1989) • פרידמן, קנדול, טיילור (1990) • דה-זֶ'ן (1991) • שרפק (1992) • האלס, טיילור (1993) • ברוקהאוז, שול (1994) • פרל, ריינס (1995) • לי, אושרוף, ריצ'רדסון (1996) • צ'ו, טנוג'י, פיליפס (1997) • לפלין, שטורמר, צוי (1998) • 'ט הופט, פלטמן (1999) • אלפרוב, קרמר, קילבי (2000) | |
| 2001-היום | קורנל, קטרלה, וימן (2001) • דייוויס, קושיבה, ג'אקוני (2002) • אבריקוסוב, גינזבורג, לגט (2003) • גרוס, פוליצר, וילצ'ק (2004) • גלאובר, הול, הנש (2005) • מאת'ר, סמוט (2006) • פר, גרינברג (2007) • נאמבו, קובאיאשי, מסקאווה (2008) • קאו, בויל, סמית' (2009) • גיים, נובסלוב (2010) • פרלמוטר, שמידט, ריס (2011) • הרוש, וינלנד (2012) • אנגלר, היגס (2013) • אמאנו, אקסאקי, נקמורה (2014) • קג'יטה, מקדונלד (2015) • ת'אולס, הולדיין, קוסטרליץ (2016) • וייס, בריש, ת'ורן (2017) • אשקין, מורו, סטריקלנד (2018) • קלו, מאיור, פיבלס (2019) • פנרוז, גז, גנצל (2020) • מנבה, האסלמן, פאריזי (2021) • אספה, קלאוזר, ציילינגר (2022) • אגוסטיני, קראוס, ל'ווילייה (2023) | |
26725034דייוויד וינלנד