Lene Hau

Lene Vestergard Hau (d. 13 Ekim 1959, Vejle, Danimarka), Danimarkalı fizikçidir. 1999 yılında, süper akışkan kullanımıyla bir ışık demetinin hızını saniyede 17 metreye kadar yavaşlatmayı başarmış ve 2001'de ışık demetini tümüyle durdurmayı başarmış bir Harvard Üniversitesi takımını yönetti. Bu deneyleri temel alan sonraki çalışmaları, kuantum şifrelemesi ve kuantum işlemciliği için önemli etkileri olan bir sürece, ışığın maddeye ardından da maddenin geri ışığa dönüşmesi çalışmalarına sürükledi. Daha yeni çalışmaları aşırı soğuk atomlar ve nanoskopik ölçekteki sistemlerin alışılmamış etkileşimleriyle ilgili araştırmalar içerir. Fizik ve uygulamalı fizik öğretmesi dışında, Harvard'da, fotovoltaik hücreler, nükleer enerji, piller ve fotosentezi içeren Enerji Bilimi dersi verdi. Kendi deney ve araştırmalarının yanı sıra, sık sık Uluslararası konferanslarda konuşma yapması istenmektedir ve bir sürü kurumun bilim politikalarının oluşturulması sürecine dâhil olmaktadır. Danimarka'da önde gelen bilim politikaları ve araştırma geliştiricilerinin yanı sıra devlet bakanlarının da katıldığı, Kopenhag’da 7 Şubat 2013’te düzenlenen EliteForsk-konferencen 2013 (Elit Araştırma Konferansı)’te Keynote Konuşmacı olarak bulundu.

Akademik kariyeri

1984 yılında Matematik bölümünden mezun olduktan sonra, Hau University of Aarhus Üniversitesi’nde iki yıl içinde aldığı Fizik Master’ı için çalışmaya devam etti. Kuantum teorisi üzerine olan doktora çalışmaları için Hau, ışık taşıyan fiber optik kablolarına benzer fikirler üzerine çalıştı ama onun çalışmaları silikon kristaller içindeki elektron taşıyan atom iplikleri üzerineydi. Doktorası üstüne çalışırken, Hau 7 ayını Cenevre yakınlarındaki Cern’de, Avrupa Parçacık Fiziği Laboratuvarı’nda geçirdi. 1991 yılında Danimarka’daki Aarhus Üniversitesi’nde doktorasını tamamladı ama tam bu zamanda araştırma ilgileri yön değiştirdi. 1991 yılında, yavaş ışığın ve soğuk atomların olasılıklarını keşfetmeye başlayarak Cambridge’teki Rowling Bilim Enstitüsü’ne bilimsel üye olarak katıldı. 1999 yılında, Hau Harvard Üniversitesi’nde iki yıllık bir doktora sonrası işini kabul eti. Eğitimi kuramsal fizik üstüneydi ama ilgisi, Bose-Einstein yoğunlaşması olarak bilinen maddenin yeni bir formunu oluşturmayı içeren deneysel fiziğe yöneldi. “Hau, yoğuşuğunu oluşturmak için Ulusal Bilim Kurumu’na fon başvurusunda bulundu, ama bu deneyleri yapması çok zor olacak olan bir kuramsalcı olduğu temeline dayanılarak bu istek reddedildi.” Azimle, alternatif bir fon kazandı ve böyle bir yoğuşuğu yapan ve bir elin parmaklarının sayısını geçmeyen fizikçilerin ilki oldu. 1999 Eylül'ünde Harvard fizik profesörlüğüne ve Gordon Mckay uygulamalı fizik profesörlüğüne atandı. Aynı zamanda 1999 yılında kadrolu eğitim görevliğiyle ödüllendirildi ve halen Harvard'da Mallickrodt fizik ve uygulamalı fizik profesörüdür. 2001 yılında, ışığı Bose-Einstein yoğunlaştırıcısıyla durduran ilk kişi olmuştur. O zamandan beri, elektromanyetikle indüklenmiş şeffaflık, kuantum fiziğinin bir sürü alanı ve fotonikle ilgili bir sürü araştırma ve yeni bir deneysel çalışma üretmiştir ve yeni kuantum cihazlarının ve alışılmamış nano ölçekli uygulamaların gelişmesine katkıda bulunmuştur.

Qubit Transferi

Hau ve Harvard'daki iş arkadaşları “ışık ve madde üzerindeki hassas kontrolleri bir sürü deneyle göstermiştir ama Hau’nun iki yoğuşuklu olan deneyi en zorlayıcı olandır”. 2006 yılında, yine Bose-Einstin yoğunlaştırıcısını kullanarak bir qubit'i ışıktan madde dalgasına ve ardından yine ışığa transfer etmişlerdir. 8 Şubat 2007 tarihli Nature dergisinde deneyin detayları tartışılmıştır. Deney, kuantum mekaniğine göre atomların parçacık gibi olduğu kadar dalga gibi de davranabilmesine dayanmaktadır. Bu atomların iki girişten bir seferde geçmeleri gibi bazı mantık dışı şeyler yapmasına izin verir. Bir Bose-Einstein yoğunlaştırıcısının içinde, bir ışık demeti, içinde bulundurduğu bilginin hiçbirini kaybetmeden 50 milyonu oranla sıkıştırılır. Bu Bose-Einstein yoğunlaştırıcısında, ışık demetine işlenmiş bilgi atom dalgalarına aktarılabilir. Tüm atomlar tutarlı hareket ettiğinden, bilgi rastgele bir sese çözünmez. Işık, bazı bulutların kabaca 1,8 milyon sodyum atomunun sabit kalan düşük enerjili bir parça ve yüksek enerjili bulutlar arasında hareket eden bir parça ile kuantum üst üste gerilime girmesini sağlar. İkinci bir kontrol lazeri demetin şeklini atom dalgalarına yazar. Bu kontrol demeti kapatıldığında ve ışık demeti kaybolduğunda madde kopyası geriye kalır. Bundan öncesinde, araştırmacılar optik bilgiyi yolculuğu süresince, yok olmasını engellemek için sinyali güçlendirmek dışında kontrol edememişlerdir. Hau ve iş arkadaşları ilk tutarlı optik bilginin yönlendirilmesini başarmışlardır. Bu yeni çalışma “güzel bir gösterimdir” demiştir Williamsburg, VA'de bulunan William ve Mary Üniversitesi'nde fizikçi Irina Novikova. Bu sonuçtan önce, ışık bellekleri milisaniyelerle ölçülürdü demiştir. “Bakınız kesirli saniyeler. Bu gerçekten dramatik bir zaman”. Potansiyelinden ötürü, Hau “Madde iki Bose-Einstein yoğuşuğu arasında gidip gelirken, onu yakalayıp, potansiyel olarak dakikalar boyunca tutabilir ve ona istediğimiz yönde şekil verebilir, onu değiştirebiliriz. Bu kuantum kontrolünün alışılmadık formunun kuantum bilgi işlemciliğinin ve kuantum şifrelemesinin gelişen alanlarında da uygulamaları olabilir. Sanat ve Bilim Fakültesi dekanı Jeremy Bloxham geliştirici uygulamaları için “Bu başarı, kuantum bilgisinin ışık formundan sadece bir değil, iki atom formu etrafında paylaşımı, kuantum bilgisayarı geliştirmeyi umanlar için harika bir teşvik olmaktadır.”  Hau bu çalışması için George Ledlie Ödülü'ne layık görülmüştür. Harvard rektörü Steve Hyman “Onun çalışması çığır açan bir çalışmadır. Araştırması temel ve uygulamalı bilim arasındaki sınırı kaldırmış aynı zamanda yetenekleri ve iki okuldan, birkaç farklı bölümden insanları kendine çekmiş, gözüpek entelektüel riskler almanın büyük ödüller getireceğinin coşkulu bir örneğidir." demiştir.

Soğuk atomlar ve nanoölçek sistemleri

Yakalanan bir atom, elektronu nanotüp içine çekilirken parçalanır

2009 yılında Hau ve ekibi bir milyon rubidyum atomundan oluşan bulutları lazer aracılığıyla mutlak sıfırın biraz üzerinde bir dereceye kadar soğutmuşlar. Sonra bu milimetre uzunluğundaki atomik bulutu, iki santimetre uzaklıktaki yüzlerce voltla yüklü olan asılı karbon nanoboruya doğru fırlattılar. Sonuçlar soğuk atomlar ve nano ölçekli sistemler arasında yeni etkileşimleri müjdeleyerek 2010 yılında yayımlandı. Çoğu atomun geçtiğini ancak milyonda 10'unun kaçamayacak şekilde çekildiğini ve dramatik bir şekilde ivmelendiğini gözlemlediler. “Bu noktada hızlanan atomlar bir nona kablo etrafında paralel bir şekilde dönerek her bir yörüngeyi sadece saniyenin trilyonda birinde tamamlayarak bir elektron ve iyona ayrıldı. Elektron eninde sonunda kuantum tüneli yoluyla bu nano tüpe sıkıştı ve yanındaki elektronun-300volt nanotüp tarafından kuvvetlice çekilen-saatte 26 kilometre hızla itilmesine sebep oldu.” Bu deneyde atomlar kolaylıkla birbirleriyle çarpışmadan hızlıca parçalara ayrılabildiler. Ekip bu etkinin, uzayda var olan kara deliklerde de hesaplandığı gibi, yerçekimi nedeniyle olmadığını, nano tüpün içerisindeki yüksek elektrik yükler nedeniyle kaynaklandığını da açıkladı. Bu deney yeni bir yüksek çözünürlük tipini şematize etmek amacıyla nanoteknoloji ve soğuk atomları birleştiren bir deneydir. Bilim insanları aynı zamanda temel çalışmaların da bu deney düzeneği sayesinde mümkün kılınabileceğini öngörüyor.