דייוויד וינלנד

מתוך המכלול, האנציקלופדיה היהודית
קפיצה לניווט קפיצה לחיפוש
דייוויד ג'פרי וינלנד
David J. Wineland
לידה 24 בפברואר 1944 (גיל: 80)
ענף מדעי פיזיקה
מקום מגורים ארצות הברית
תרומות עיקריות
עריכת ניסויים במערכות דה-קוהרנטיות קוונטית

דייוויד ג'פרי וינלנדאנגלית: 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

ויקישיתוף מדיה וקבצים בנושא דייוויד וינלנד בוויקישיתוף

הערות שוליים


הערך באדיבות ויקיפדיה העברית, קרדיט,
רשימת התורמים
רישיון cc-by-sa 3.0

26725034דייוויד וינלנד