The 2017 Lectures in Physics: Quantum frontiers explored with cold atoms, molecules and photons



Optical methods to manipulate atoms, molecules and photons have revolutionised atomic physics and quantum optics. Atoms and ions can now be cooled with lasers to extremely low temperatures in tailor-made environment and with controlled inter-particle couplings, emulating situations encountered at different scales in condensed matter physics. The interaction of individual atoms with single photons can be studied under well-controlled conditions in Cavity Quantum Electrodynamics experiments. These advances have numerous applications in quantum information science (quantum communication and computing) and for the development of new devices probing and measuring physical parameters with unprecedented precision (novel atomic clocks, magnetometers and electrometers operating below the standard quantum limit). Quantum simulators open the way to the exploration of new quantum phases of matter in strongly interacting and highly correlated quantum systems, with potential applications to the synthesis of novel materials. Fundamental tests of quantum and relativistic effects can be performed with these systems. This new frontier will be described in the 2017 Onassis Lectures in Physics by scientists who are contributing to its exploration.

Σύντομη περιγραφή του περιεχομένου των Διαλέξεων Ωνάση 2017 στη Φυσική

Οπτικές μέθοδοι για τον χειρισμό ατόμων, μορίων και φωτονίων έχουν επιφέρει επανάσταση στην ατομική φυσική και την κβαντική οπτική. Άτομα και ιόντα μπορούν τώρα να ψυχθούν με λέιζερ σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες σε προσαρμόσιμο περιβάλλον και, με ελεγχόμενες συζεύξεις μεταξύ των σωματιδίων, να εξομοιώνονται καταστάσεις που συναντώνται σε διαφορετικές κλίμακες στη φυσική των συμπυκνωμένων υλικών. Η αλληλεπίδραση μεμονωμένων ατόμων με μεμονωμένα φωτόνια μπορεί να μελετηθεί υπό καλώς ελεγχόμενες συνθήκες σε πειράματα Κβαντικής Ηλεκτροδυναμικής σε Κοιλότητες. Αυτές οι πρόοδοι έχουν πολυάριθμες εφαρμογές στην κβαντική επιστήμη της πληροφορίας (κβαντική επικοινωνία και υπολογιστική) και στην ανάπτυξη νέων συσκευών ανίχνευσης και μέτρησης φυσικών παραμέτρων με πρωτοφανή ακρίβεια (νέα ατομικά ρολόγια, μαγνητόμετρα και ηλεκτρόμετρα που λειτουργούν κάτω από το τυπικό κβαντικό όριο). Οι κβαντικοί προσομοιωτές ανοίγουν το δρόμο για την εξερεύνηση νέων κβαντικών φάσεων της ύλης σε ισχυρά αλληλεπιδρώντα και άκρως συσχετισμένα κβαντικά συστήματα, με πιθανές εφαρμογές στη σύνθεση νέων υλικών. Θεμελιώδεις έλεγχοι κβαντικών και σχετικιστικών επιδράσεων μπορούν να πραγματοποιηθούν με αυτά τα συστήματα. Αυτά τα νέα σύνορα θα περιγραφούν στις Διαλέξεις Ωνάση 2017 στη Φυσική από επιστήμονες που συμβάλλουν οι ίδιοι στην εξερεύνηση τους.

Serge Haroche
Em. Professor, Laboratoire Kastler Brossel,
College de France, Paris, France.
Nobel Prize (2012) in Physics

Alain Aspect
Professor, Institut d'Optique Graduate School and Ecole Polytechnique, Université Paris-Saclay, Palaiseau, France.

Immanuel Bloch
Professor, Ludwig-Maximilians-University and Max Planck Institute of Quantum Optics Munich, Germany.

Jean Dalibard
Professor, Laboratoire Kastler Brossel, College de France, Paris, France.

Luiz Davidovich
Professor, Instituto de Fisica, Universidade Federal do Rio De Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil.

Nikolaos Proukakis
Professor, Joint Quantum Centre (JQC) Durham-Newcastle, Newcastle University, Newcastle, U.K.

Jun Ye
Professor, JILA, NIST and University of Colorado, Boulder, USA.

IN PREPARATION