В 1999 году она возглавила группу Гарвардского университета, которая с помощью конденсата Бозе-Эйнштейна сумела замедлить луч света примерно до 17 метров в секунду , а в 2001 году смогла полностью остановить луч. [2] Более поздняя работа, основанная на этих экспериментах, привела к передаче света в материю, а затем из материи обратно в свет, [3] процесс, имеющий важные последствия для квантового шифрования и квантовых вычислений . Более поздняя работа включала исследования новых взаимодействий между ультрахолодными атомами и наноскопическими системами. Помимо преподавания физики и прикладной физики, она преподавала энергетику в Гарварде, [4] включая фотоэлектрические элементы , ядерную энергетику , батареи и фотосинтез . В дополнение к ее собственным экспериментам и исследованиям, ее часто приглашают выступать на международных конференциях, и она участвует в структурировании научной политики различных учреждений. Она была основным докладчиком [5] на EliteForsk-konferencen 2013 («Элитная исследовательская конференция») в Копенгагене , в которой приняли участие министры правительства, а также ведущие специалисты по научной политике и исследованию в Дании. [6]
В знак признания ее многочисленных достижений журнал Discover Magazine в 2002 году назвал ее одной из 50 самых выдающихся женщин в науке. [7]
В 1984 году в возрасте 24 лет Хау получила степень бакалавра по математике в Университете Орхуса в Дании. Там же она продолжила обучение и два года спустя получила степень магистра по физике.
В своих докторских исследованиях по квантовой теории Хау работала над идеями, похожими на те, что задействованы в волоконно-оптических кабелях, передающих свет, но ее работа включала цепочки атомов в кремниевом кристалле, переносящие электроны. Работая над своей докторской диссертацией, Хау провела семь месяцев в ЦЕРНе , Европейской лаборатории физики элементарных частиц недалеко от Женевы . Она получила докторскую степень в Университете Орхуса в 1991 году в возрасте 32 лет, но к этому времени ее исследовательские интересы изменили направление.
Карьера
В 1991 году она присоединилась к Институту науки Роуленда в Кембридже, штат Массачусетс , в качестве научного сотрудника, начав изучать возможности медленного света и холодных атомов. В 1999 году в возрасте 40 лет Хау приняла двухлетнее назначение в качестве постдокторанта в Гарвардском университете. Ее формализованное обучение было в области теоретической физики , но ее интерес переместился в экспериментальные исследования в попытке создать новую форму материи , известную как конденсат Бозе-Эйнштейна . «Хау обратилась в Национальный научный фонд за финансированием для изготовления партии этого конденсата, но получила отказ на том основании, что она была теоретиком, для которого такие эксперименты были бы слишком сложны для проведения». [8] Не смутившись, она получила альтернативное финансирование и стала одним из первых немногих физиков, создавших такой конденсат. В сентябре 1999 года она была назначена профессором прикладной физики имени Гордона Маккея и профессором физики в Гарварде. [9] Она также получила постоянную должность в 1999 году и теперь является профессором физики и прикладной физики Маллинкродта в Гарварде. В 2001 году она стала первым человеком, полностью остановившим свет, [10] используя конденсат Бозе-Эйнштейна для достижения этого. С тех пор она провела обширные исследования и новые экспериментальные работы в области электромагнитно-индуцированной прозрачности , различных областей квантовой физики , фотоники и внесла вклад в разработку новых квантовых устройств и новых наномасштабных приложений.
Передача кубита
Хау и ее коллеги из Гарвардского университета «продемонстрировали изысканный контроль над светом и материей в нескольких экспериментах, но ее эксперимент с двумя конденсатами является одним из самых убедительных». [11] В 2006 году они успешно перевели кубит из света в волну материи и обратно в свет, снова используя конденсаты Бозе-Эйнштейна . Подробности эксперимента обсуждаются в публикации журнала Nature от 8 февраля 2007 года . [12] Эксперимент основан на том, что, согласно квантовой механике, атомы могут вести себя как волны, а также как частицы. Это позволяет атомам делать некоторые противоречащие интуиции вещи, такие как прохождение через два отверстия одновременно. Внутри конденсата Бозе-Эйнштейна световой импульс сжимается в 50 миллионов раз, не теряя при этом никакой хранящейся в нем информации. В этом конденсате Бозе-Эйнштейна информация, закодированная в световом импульсе, может быть передана атомным волнам. Поскольку все атомы движутся когерентно, информация не растворяется в случайном шуме. Свет заставляет некоторые из примерно 1,8 миллионов атомов натрия облака войти в состояние «квантовой суперпозиции», с компонентом с более низкой энергией, который остается на месте, и компонентом с более высокой энергией, который перемещается между двумя [ требуется разъяснение ] облаками. Затем второй «контрольный» лазер записывает форму импульса в атомные волны. Когда этот контрольный луч выключается и световой импульс исчезает, «копия материи» остается. До этого исследователи не могли легко контролировать оптическую информацию во время ее перемещения, за исключением усиления сигнала, чтобы избежать затухания. Этот эксперимент Хау и ее коллег ознаменовал собой первую успешную манипуляцию когерентной оптической информацией. Новое исследование является «прекрасной демонстрацией», говорит Ирина Новикова , физик из Колледжа Уильяма и Мэри в Уильямсбурге, штат Вирджиния. До этого результата, говорит она, хранение света измерялось в миллисекундах. «Здесь это доли секунды. Это действительно драматическое время». [13]
О его потенциале Хау сказал: «Пока материя движется между двумя конденсатами Бозе-Эйнштейна, мы можем захватить ее, потенциально на несколько минут, и переформировать ее – изменить ее – любым способом, который мы хотим. Эта новая форма квантового управления также может иметь применение в развивающихся областях обработки квантовой информации и квантовой криптографии». [14] О последствиях для развития: «Этот подвиг, обмен квантовой информацией в форме света и не только в одной, а в двух атомных формах, дает большую поддержку тем, кто надеется разработать квантовые компьютеры », – сказал Джереми Блоксхэм , декан факультета наук и искусств. [15] Хау была награждена премией Джорджа Ледли за эту работу, а проректор Гарварда Стивен Хайман отметил: «Ее работа является новаторской. Ее исследования стирают границы между фундаментальной и прикладной наукой, привлекают талант и людей из двух школ и нескольких факультетов и представляют собой буквально яркий пример того, как принятие смелых интеллектуальных рисков приводит к огромным наградам». [15]
Холодные атомы и наносистемы
Захваченный атом разрывается на части, когда его электрон засасывается в нанотрубку.
В 2009 году Хау и его команда охладили лазером облака из миллиона атомов рубидия до температуры всего в доли градуса выше абсолютного нуля . Затем они запустили это атомное облако длиной в миллиметр к подвешенной углеродной нанотрубке, расположенной примерно в двух сантиметрах и заряженной до сотен вольт. Результаты были опубликованы в 2010 году, возвещая о новых взаимодействиях между холодными атомами и наномасштабными системами. [16] Они наблюдали, что большинство атомов пролетели мимо, но примерно 10 на миллион были неизбежно притянуты, заставив их резко ускориться как в движении, так и в температуре. «В этот момент ускоряющиеся атомы разделяются на электрон и ион, вращающиеся параллельно вокруг нанопроволоки, завершая каждую орбиту всего за несколько триллионных долей секунды. Электрон в конечном итоге засасывается в нанотрубку посредством квантового туннелирования, заставляя его сопутствующий ион выстреливать — отталкиваемый сильным зарядом 300-вольтовой нанотрубки — со скоростью примерно 26 километров в секунду, или 59 000 миль в час». [17] Атомы могут быстро распадаться, не сталкиваясь друг с другом в этом эксперименте. Команда быстро отмечает, что этот эффект создается не гравитацией, как это рассчитано в черных дырах , которые существуют в космосе, а высоким электрическим зарядом в нанотрубке. Эксперимент объединяет нанотехнологии с холодными атомами, чтобы продемонстрировать новый тип высокоразрешающего одноатомного чип-интегрированного детектора, который в конечном итоге сможет разрешать полосы от интерференции волн материи. Ученые также предвидят ряд одноатомных фундаментальных исследований, которые станут возможными благодаря их установке. [18]
Лауреат премии «Всемирный датчанин 2010» от Глобальной сети датчан по всему миру . Она получила ежегодную награду «Årets Verdensdansker» (Всемирный датчанин года), потому что она, по мнению Danes Worldwide , «решительно и настойчиво вывела Данию на мировую карту». [23]
Избранный научный сотрудник факультета национальной безопасности и инженерии Министерством обороны США , 25 января 2010 г. [24]
Лауреат премии 2000 года от Top Danmark Foundation, [40] Копенгаген
Назначен профессором прикладной физики имени Гордона Маккея [41] в Гарварде, а также главным исследователем группы атомного охлаждения в Институте Роуленда , 1991 г.
Получатель исследовательской стипендии, 1986–1989, факультета естественных наук, Университета Орхуса , Дания. [42]
Публикации
Лене Вестергаард Хау, Манипулирование светом [43] Раздел 7 «Физики для 21 века» Фонда Анненберга
Энн Гудселл, Трюгве Ристроф, JA Головченко и Лене Вестергаард Хау, Полевая ионизация холодных атомов вблизи стенки одиночной углеродной нанотрубки [16] (2010)
Руй Чжан, Шон Р. Гарнер и Лене Вестергаард Хау, Создание долговременной когерентной оптической памяти посредством контролируемых нелинейных взаимодействий в конденсатах Бозе-Эйнштейна [44] (2009)
Наоми С. Гинзберг , Шон Р. Гарнер и Лене Вестергаард Хау, Когерентное управление оптической информацией с помощью динамики материальных волн [45] (2007).
Наоми С. Гинсберг , Иоахим Бранд, Лене Вестергаард Хау, Наблюдение гибридных солитонных вихревых кольцевых структур в конденсатах Бозе-Эйнштейна [46] (2005).
Чиен Лю, Закари Даттон , Сайрус Х. Бехрузи, Лене Вестергаард Хау, Наблюдение за когерентным хранением оптической информации в атомной среде с использованием остановленных световых импульсов [47]
Лене Вестергаард Хау, С. Э. Харрис , Закари Даттон , Сайрус Х. Бехрузи, Уменьшение скорости света до 17 метров в секунду в сверххолодном атомарном газе [48]
Кристофер Слоу , Наоми С. Гинсберг , Тригве Ристроф, Энн Гудселл и Лене Вестергаард Хау, Сверхмедленный свет и конденсаты Бозе-Эйнштейна: двустороннее управление с помощью когерентного света и атомных полей [55]
Марин Сольячич , Элефтериос Лидорикис, Дж. Д. Йоаннопулос, Лене Вестергаард Хау, Полностью оптическая коммутация с ультранизким энергопотреблением [56]
Тригве Ристроф, Энн Гудселл, JA Головченко и Лене Вестергаард Хау, Обнаружение и квантованная проводимость нейтральных атомов вблизи заряженной углеродной нанотрубки [57]
Закари Даттон , Лене Вестергаард Хау, Хранение и обработка оптической информации с помощью сверхмедленного света в конденсатах Бозе-Эйнштейна [58]
Закари Даттон , Майкл Бадде, Кристофер Слоу , Лене Вестергаард Хау, Наблюдение квантовых ударных волн, созданных с помощью сверхсжатых медленных световых импульсов в конденсате Бозе-Эйнштейна [61]
Лене Вестергаард Хау, Укрощение света с помощью холодных атомов [62] Приглашенная статья. Опубликовано Институтом физики, Великобритания.
BD Busch, Chien Liu, Z. Dutton , CH Behroozi, L. Vestergaard Hau, Наблюдение динамики взаимодействия в облаках бозе-конденсированных атомов при конечной температуре [63]
C. Liu, BD Busch, Z. Dutton и LV Hau, Анизотропное расширение бозе-газов с конечной температурой – возникновение эффектов взаимодействия между конденсированными и неконденсированными атомами , [64] Труды конференции по новым направлениям в атомной физике, Кембридж, Англия, июль 1998 г., ред. CT Whelan, RM Dreizler, JH Macek и HRJ Walters, (Пленум, 1999 г.).
Лене Хау, БЭК и скорость света 38 миль/ч: Труды семинара по конденсации Бозе-Эйнштейна и вырожденным ферми-газам, из семинара по конденсации Бозе-Эйнштейна и вырожденным ферми-газам [65] Доклад Хау: Подкаст и файлы изображений. [66]
Lene Vestergaard Hau, BD Busch, Chien Liu, Zachary Dutton , Michael M. Burns, JA Golovchenko , Околорезонансные пространственные изображения ограниченных конденсатов Бозе-Эйнштейна в 4-диэлектрической магнитной бутылке [67]
Lene Vestergaard Hau, BD Busch, Chien Liu, Michael M. Burns, JA Golovchenko , Cold Atoms and Creation of New States of Matter: Bose–Einstein Condensates, Kapitza States, and '2D Magnetic Hydrogen Atoms , (Фотонные, электронные и атомные столкновения: приглашенные доклады 20-й Международной конференции по электронным и атомным столкновениям (ICEAC), Вена, Австрия, 23–29 июля 1997 г.) F. Aumayr и HP Winter, редакторы [68]
Лене Вестергаард Хау, JA Головченко и Майкл М. Бернс, Суперсимметрия и связывание магнитного атома с нитевидным током [69]
Лене Вестергаард Хау, JA Головченко и Майкл М. Бернс, Новый источник атомного пучка: «подсвечник» [70]
Лене Вестергаард Хау, Майкл М. Бернс и Дж. А. Головченко , Связанные состояния направленных волн материи: атом и заряженный провод [71]
« Абсолютный ноль и покорение холода » [72]
« Абсолютный ноль и покорение холода » Том Шактман Дата публикации: 1 декабря 1999 г. Издатель: Houghton Mifflin [73]
Ссылки
^ "Лене Вестергор Хау". seas.harvard.edu . Гарвардский университет . Проверено 8 октября 2018 г.
^ ab "Lene Hau". physicscentral.com . Архивировано из оригинала 2022-08-03.
^ "Когерентное управление оптической информацией с помощью динамики волн материи" (PDF) . harvard.edu . Гарвардский университет.
^ "Физика 129. Энергетическая наука". registrar.fas.harvard.edu . Офис регистратора FAS, Гарвардский университет. Архивировано из оригинала 2015-02-26.
^ хота. «Vi skal have flere med forsker-bacille i blodet — Uddannelses- og Forskningsministeriet». fivu.dk.
^ Свитил, Кэти (13 ноября 2002 г.). «50 самых важных женщин в науке». Discover . Получено 21 декабря 2014 г. – через discovermagazine.com.
^ "Хау побеждает Макартура". Архивировано из оригинала 28.09.2011.
^ «Хау получает постоянную должность; профессор физики замедлил свет».
^ "Лене Хау". www.Physicscentral.com .
^ "Физика для 21-го века" (PDF) . learner.org . Архивировано из оригинала (PDF) 2016-03-04 . Получено 2013-01-21 .
^ Болл, Филип (2007). «Превращение света в материю: когерентное управление оптической информацией с помощью динамики материальных волн». News@nature : news070205–8. doi :10.1038/news070205-8. S2CID 122167698.
^ «Заключенный в облаке ультрахолодных атомов, свет оставался замороженным в течение 1,5 секунд: усовершенствование этой технологии может привести к созданию устройств для хранения света».
^ «Свет превратился в материю, затем остановился и двинулся».
^ ab "Хау награжден престижной премией Ledlie". 2008-09-25.
^ "Лекция Ганса Христиана Эрстеда, 16 сентября 2010 г.: Квантовое управление светом и материей – от макроскопического до наномасштаба". dtu.dk . Архивировано из оригинала 7 февраля 2013 г. . Получено 3 марта 2013 г. .
^ "Kvindelig lysgeni er Årets Verdensdansker" . Август 2010.
^ "Познакомьтесь с стипендиатами факультета национальной безопасности и инженерии 2010 года | Вооружены наукой". Архивировано из оригинала 2019-04-30 . Получено 2013-02-09 .
^ Лю, Чиен; Даттон, Захари; Бехрузи, Сайрус Х.; Хау, Лене Вестергаард (2001). «Наблюдение за когерентным хранением оптической информации в атомной среде с использованием остановленных световых импульсов» (PDF) . Nature . 409 (6819): 490–493. Bibcode :2001Natur.409..490L. doi :10.1038/35054017. PMID 11206540. S2CID 1894748.
^ Хау, Лене Вестергаард; Харрис, С.Е.; Даттон, Захари; Бехрузи, Сайрус Х. (1999). «Уменьшение скорости света до 17 метров в секунду в ультрахолодном атомарном газе» (PDF) . Nature . 397 (6720): 594–598. Bibcode : 1999Natur.397..594H. doi : 10.1038/17561. S2CID 4423307.
^ Ристроф, Т; Гудселл, А; Головченко, JA; Хау, LV (2005). "Обнаружение и квантованная проводимость нейтральных атомов вблизи заряженной углеродной нанотрубки". Phys Rev Lett . 94 (6): 066102. Bibcode : 2005PhRvL..94f6102R. doi : 10.1103/PhysRevLett.94.066102. PMID 15783752. S2CID 17337934.
^ Даттон, Захари; Хау, Лене Вестергаард (30 ноября 2004 г.). «Хранение и обработка оптической информации с помощью сверхмедленного света в конденсатах Бозе-Эйнштейна». Physical Review A. 70 ( 5): 053831. arXiv : quant-ph/0404018 . Bibcode : 2004PhRvA..70e3831D. doi : 10.1103/PhysRevA.70.053831. S2CID 17899516.
^ Даттон, Захари; Гинсберг, Наоми С.; Слоу, Кристофер; Хау, Лене Вестергаард (1 марта 2004 г.). «Искусство укрощения света: сверхмедленный и остановленный свет». Europhysics News . 35 (2): 33–39. Bibcode : 2004ENews..35...33D. doi : 10.1051/epn:2004201 .
^ Хау, Л. В. (2001). «Замороженный свет: Scientific American и специальный выпуск Scientific American под названием «Грань физики» (2003)». Scientific American . 285 (1): 66–73. doi :10.1038/scientificamerican0701-66 (неактивен 1 ноября 2024 г.). PMID 11432196.{{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на ноябрь 2024 г. ( ссылка )
^ Даттон, Захари; Бадде, Майкл; Слоу, Кристофер; Хау, Лене Вестергаард (27 июля 2001 г.). «Наблюдение квантовых ударных волн, созданных с помощью сверхсжатых медленных световых импульсов в конденсате Бозе-Эйнштейна». Science . 293 (5530): 663–668. arXiv : cond-mat/0107310 . Bibcode :2001Sci...293..663D. doi :10.1126/science.1062527. PMID 11431534. S2CID 10025783.
^ Архив PhysicsWorld » Том 14 » Укрощение света холодными атомами
^ Busch, BD; Liu, Chien; Dutton, Z.; Behroozi, CH; Hau, L. Vestergaard (5 апреля 2018 г.). "Наблюдение динамики взаимодействия в облаках атомов Бозе с конечными температурами". EPL (Europhysics Letters) . 51 (5): 485. Bibcode : 2000EL.....51..485B. CiteSeerX 10.1.1.586.3600 . doi : 10.1209/epl/i2000-00363-0. S2CID 250854214.
^ Лю, Чиен; Буши, Б. Д.; Даттон, Захари; Вестергаард Хау, Лене (1999). Новые направления в атомной физике . стр. 363–367. doi :10.1007/978-1-4615-4721-1_41. ISBN978-1-4613-7139-7.
^ "JILA Workshop on BEC and degenerate Fermi gass". condon.colorado.edu . Архивировано из оригинала 2013-02-17 . Получено 2013-01-27 .
^ "Hau, February 1999 CTAMOP Workshop". condon.colorado.edu . Архивировано из оригинала 2013-02-18 . Получено 2013-01-27 .
^ Околорезонансные пространственные изображения ограниченных конденсатов Бозе-Эйнштейна в 4-Ди магнитной бутылке Архивировано 14 июля 2014 г. на Wayback Machine
^ Lene Vestergaard Hau; Busch, B. D; Liu, Chien; Burns, Michael M; Golovchenko, J. A (1998). «Холодные атомы и создание новых состояний материи: конденсаты Бозе-Эйнштейна, состояния Капицы и «двумерные магнитные атомы водорода»". В F. Aumayr; HP. Winter (ред.). Фотонные, электронные и атомные столкновения (Труды XX ICPEAC, Вена, Австрия, июль) . World Scientific, Сингапур. arXiv : cond-mat/9804277 . Bibcode : 1998cond.mat..4277V.
^ Вестергаард Хау, Лене; Головченко, JA; Бернс, Майкл М. (17 апреля 1995 г.). «Суперсимметрия и связывание магнитного атома с нитевидным током». Physical Review Letters . 74 (16): 3138–3140. Bibcode :1995PhRvL..74.3138V. doi :10.1103/PhysRevLett.74.3138. PMID 10058121.
^ Новый источник атомного пучка: «подсвечник». Архивировано 23.02.2013 на archive.today
^ Хау, Лене Вестергаард; Бернс, Майкл М.; Головченко, JA (1 мая 1992 г.). «Связанные состояния направленных волн материи: атом и заряженный провод». Physical Review A. 45 ( 9): 6468–6478. Bibcode : 1992PhRvA..45.6468H. doi : 10.1103/PhysRevA.45.6468. PMID 9907770.
^ «Документальный фильм, описывающий прогресс ученых на протяжении всей истории, которые пытались покорить конечный предел холода, известный как абсолютный ноль». pbs.org .
^ «Абсолютный ноль и покорение холода». www.goodreads.com .
Внешние ссылки
«Свет и материя объединились». Harvard University Gazette (2): 20026. 7 февраля 2007 г. Bibcode : 2007PhT..2007b0026.. doi : 10.1063/pt.5.020845.
"Hau Lab at Harvard". Гарвардская школа инженерии и прикладных наук . Гарвардский университет . Получено 2008-08-03 .
"Захват света и сохранение его на потом" (аудио) . Talk of the Nation . National Public Radio. 2007-02-09 . Получено 2008-08-03 . Ученым удается остановить свет, удерживать его в облаке охлажденных атомов, известном как конденсат Бозе-Эйнштейна, а затем выпустить его во втором облаке на небольшом расстоянии. Мы поговорим о работе и ее возможном применении в обработке информации.
Холлоуэй, Маргерит (сентябрь 2007 г.). «Какие видения во тьме света». Scientific American . Том 297, № 3. Scientific American. стр. 50–53. Bibcode : 2007SciAm.297c..50H. doi : 10.1038/scientificamerican0907-50 . Получено 03.08.2008 .Подзаголовок статьи: «Лене Вестергаард Хау попала в заголовки газет, замедлив свет до скорости ниже скорости шоссе. Теперь инспектор света может остановить его, погасить и оживить — и тем самым придать квантовой информации новый облик».
