- Interview follows in english
- L’interview suit en français
- Интервью продолжается на русском языке
“Η κβαντική φυσική έχει κανόνες που κατανοούμε πολύ καλά. Αλλά αυτοί οι κανόνες φαίνονται παράξενοι όταν προσπαθούμε να τους εφαρμόσουμε στη δική μας κλίμακα. Αντί να απογοητευόμαστε, θα έπρεπε να ενθουσιαζόμαστε με το γεγονός ότι οι φυσικοί νόμοι μπορεί να είναι αντίθετοι με τη διαίσθησή μας. Αυτό σημαίνει ότι δεν είμαστε το κέντρο του σύμπαντος, ότι υπάρχει περισσότερη πραγματικότητα απ’ όση μπορούμε να δούμε ή να κατανοήσουμε με την καθημερινή μας εμπειρία“
Ο καθηγητής Çağlar Girit είναι διακεκριμένος φυσικός με εξειδίκευση στην κβαντική φυσική, τη μεσοσκοπική φυσική και τη φυσική συμπυκνωμένων υλικών. Απέκτησε το πτυχίο του από το MIT το 2003 και το διδακτορικό του από το UC Berkeley το 2010, υπό την επίβλεψη του καθηγητή Alex Zettl. (Αμερικανός φυσικός, διεθνούς φήμης στον τομέα της πειραματικής φυσικής στερεάς κατάστασης και της νανοτεχνολογίας).
Η έρευνά του επικεντρώνεται στη μελέτη των ηλεκτρονικών και δομικών ιδιοτήτων του γραφενίου και των υβριδικών συσκευών γραφενίου-υπεραγωγών.
Μετά την ολοκλήρωση του διδακτορικού του, εργάστηκε ως μεταδιδακτορικός ερευνητής στην ομάδα Quantronics του CEA-Saclay από το 2010 έως το 2014, εστιάζοντας στη μέτρηση των καταστάσεων Andreev σε υπεραγώγιμες ατομικές επαφές . Στη συνέχεια, ίδρυσε το Flux Quantum Lab στο Collège de France τον Σεπτέμβριο του 2014, επικεντρωμένο σε νέες εφαρμογές των συνδέσμων Josephson.
Η έρευνά του έχει υποστηριχθεί από σημαντικές χρηματοδοτήσεις, όπως το ERC Starting Grant (2015-2020) και τα ANR Grants TRIANGLE (2020-) και StrongQEDmpc (2023-) . Έχει επίσης αναγνωριστεί με διακρίσεις όπως το National Science Foundation Graduate Research Fellowship (2004-2007) και το UC Berkeley Lars Commins Memorial Award (2009).
Ο καθηγητής Girit έχει συμβάλει σημαντικά στην κατανόηση των θεμελιωδών αρχών της κβαντικής φυσικής και των εφαρμογών της σε σύγχρονα τεχνολογικά συστήματα.
Είναι μεγάλη τιμή για το SkalaTimes που σήμερα φιλοξενεί μία αποκλειστική συνέντευξη του και τον ευχαριστούμε ιδιαίτερα γι αυτό.
Της Γιώτας Δημητρίου
Αν η κβαντική φυσική είχε ένα «κεντρικό μήνυμα» για το πώς λειτουργεί ο κόσμος, ποιο θα ήταν αυτό; Τι μας διδάσκει για τη φύση της πραγματικότητας;
Ότι ο κόσμος μας αποτελείται από «κβάντα», όπως τα φωτόνια και τα ηλεκτρόνια, τα οποία δεν συμπεριφέρονται όπως τα κλασικά σωματίδια-σημεία και μπορούν να απλώνονται στο χώρο.
Η πραγματικότητα εξαρτάται από το φυσικό μέγεθος και την ικανότητα παρατήρησης του παρατηρητή. Η κβαντική φυσική μας δείχνει ότι δεν πρέπει να κάνουμε υποθέσεις για το πώς λειτουργεί το σύμπαν σε κλίμακες πολύ διαφορετικές από την ανθρώπινη. Οι νόμοι της φυσικής είναι πιο πλούσιοι από ό,τι μπορούμε να φανταστούμε μέσω της καθημερινής εμπειρίας.
Πολλοί μιλούν για την «υπέρθεση» σαν ένα σωματίδιο να μπορεί να βρίσκεται σε δύο σημεία ταυτόχρονα. Μπορείτε να το εξηγήσετε με ένα απλό παράδειγμα από την καθημερινή ζωή;
Στο κλασικό παιχνίδι «μάντεψε το ποτήρι», ο παίκτης ανακατεύει τα ποτήρια και πρέπει να προβλέψεις κάτω από ποιο είναι η μπάλα. Σε κάθε στιγμή, η μπάλα βρίσκεται κάτω από ένα μόνο ποτήρι, ακόμα κι αν δεν ξέρεις ποιο.
Στην κβαντική εκδοχή, η μπάλα είναι κάτω από όλα τα ποτήρια ταυτόχρονα. Δεν υπάρχει λόγος να ανακατευτούν, γιατί η μπάλα είναι σε κατάσταση υπέρθεσης. Μόλις κοιτάξεις κάτω από ένα ποτήρι, είτε είναι εκεί και πουθενά αλλού, είτε παραμένει κάτω από κάποιο από τα άλλα ποτήρια με ίση πιθανότητα.
Σε αντίθεση με το κλασικό παιχνίδι, όπου η μπάλα είναι πάντα κάτω από ένα συγκεκριμένο ποτήρι, η κβαντική μπάλα είναι κάτω από όλα τα ποτήρια μέχρι να την παρατηρήσεις.
Η κβαντική διεμπλοκή περιγράφεται συχνά σαν μια μορφή «τηλεπάθειας» μεταξύ σωματιδίων. Πώς είναι δυνατόν δύο σωματίδια να επηρεάζονται ακαριαία το ένα από το άλλο, ανεξαρτήτως απόστασης; Θα μπορούσε κάτι τέτοιο να ισχύσει και για τους ανθρώπους;
Φανταστείτε δύο μπάλες, μία μπλε και μία κόκκινη, στην κορυφή ενός λόφου. Ο κανόνας είναι ότι δεν μπορούν να κυλήσουν και οι δύο προς την ίδια πλευρά. Αν λοιπόν βρίσκεστε στη βάση του λόφου και βλέπετε ότι πήρατε την κόκκινη, τότε ξέρετε πως η μπλε κύλησε προς την άλλη πλευρά.
Στην περίπτωση της κβαντικής διεμπλοκής, μόλις παρατηρήσετε την κόκκινη μπάλα, γνωρίζετε ότι η άλλη είναι μπλε — αλλά όχι επειδή ήταν πάντα μπλε! Δηλαδή, γίνεται μπλε τη στιγμή που εσείς μετράτε την κόκκινη.
Αυτό που διαφέρει από την κλασική περίπτωση είναι ότι κατά την πτώση, οι κβαντικές μπάλες είναι και κόκκινες και μπλε ταυτόχρονα. Το χρώμα τους προσδιορίζεται μόνο όταν παρατηρείτε τη μία.
Δυστυχώς, οι άνθρωποι είναι κατά κάποιο τρόπο πολύ μεγάλοι για να βιώσουν διεμπλοκή.
Πιστεύετε ότι στο μέλλον η κβαντική φυσική θα επηρεάσει την καθημερινότητά μας όσο το Διαδίκτυο ή τα smartphones; Αν ναι, με ποιους τρόπους;
Ήδη την επηρεάζει! Τα ηλεκτρονικά, όπως οι τρανζίστορ, οι μαγνήτες και τα LEDs, λειτουργούν με βάση τις αρχές της κβαντικής φυσικής. Αν και οι υπολογισμοί μπορεί να είναι κλασικοί, το υλικό επίπεδο των συσκευών είναι μικροσκοπικά κβαντικό. Η κβαντική φυσική παίζει επίσης σημαντικό ρόλο σε ιατρικές συσκευές όπως το MRI.
Υπάρχει η εντύπωση ότι η κβαντική φυσική αντιτίθεται στη λογική μας. Γιατί είναι τόσο δύσκολο να κατανοήσουμε τις έννοιες που περιγράφει; Είναι η φύση παράλογη ή απλώς πολύ πιο περίπλοκη απ’ όσο φανταζόμαστε;
Η δυσκολία μας να κατανοήσουμε την κβαντική φυσική οφείλεται στο ότι δεν λειτουργεί στην κλίμακα της καθημερινής μας εμπειρίας.
Ακόμη και η κλασική φυσική διαφέρει σε μικρότερες κλίμακες, λόγω φαινομένων όπως η επιφανειακή τάση, που επιτρέπει σε έντομα να περπατούν στο νερό. Αν οι άνθρωποι είχαν μέγεθος εντόμου, το να περπατούν στο νερό θα τους φαινόταν φυσιολογικό.
Η κβαντική φυσική αντιτίθεται στη λογική μας, επειδή λειτουργεί σε διαφορετική κλίμακα.
Τι ρόλο παίζει η παρατήρηση στην κβαντική φυσική; Ισχύει ότι παρατηρώντας κάτι αλλάζουμε την πραγματικότητά του; Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τις αρχές της για να αλλάξουμε τις ζωές μας; Δεν θα έπρεπε η κβαντική φυσική να διδάσκεται με πιο προσιτό τρόπο στο ευρύ κοινό αντί να περιορίζεται στα πανεπιστήμια;
Η παρατήρηση δεν είναι τόσο μυστηριώδης, γιατί και οι ανιχνευτές είναι κβαντικοί. Όταν «βλέπουμε», ανιχνεύουμε φωτόνια με τα μάτια μας. Μια συσκευή μέτρησης είναι φυσικό αντικείμενο, μέρος του σύμπαντος, που αλληλεπιδρά με τα υπόλοιπα.
Η πραγματικότητα δεν αλλάζει από τον παρατηρητή — η πραγματικότητα δημιουργείται από κοινού από τον παρατηρητή και το παρατηρούμενο.
Ακόμα κι αν δεν καταλαβαίνουμε την κβαντομηχανική, μπορούμε να αλλάξουμε τη ζωή μας εκτιμώντας την ομορφιά της! Ένας σοφός φίλος μου είπε: «Η μεγαλύτερη συμβολή στη φιλοσοφία είναι η κατανόηση της φύσης», και η κβαντομηχανική μάς βοηθά να κατανοήσουμε καλύτερα τη φύση.
Θα ήταν υπέροχο να διδασκόταν η κβαντική φυσική στο λύκειο, αλλά ίσως είναι πιο σημαντικό να κατανοήσουμε πρώτα τους νόμους της φυσικής στην ανθρώπινη κλίμακα.
Για κάποιον που ακούει τον όρο «κβαντικοί υπολογιστές» και φαντάζεται κάτι σαν μαγεία, μπορείτε να εξηγήσετε απλά πώς λειτουργούν και γιατί θεωρούνται επαναστατικοί;
Ένας κβαντικός υπολογιστής μπορεί να χρησιμοποιεί υπέρθεση και διεμπλοκή, ώστε να εκτελεί εργασίες που είναι αδύνατες με έναν κλασικό υπολογιστή.
Αν και δεν είναι εύκολο να εκμεταλλευτούμε αυτά τα φαινόμενα, οι φυσικοί έχουν ανακαλύψει ότι ορισμένοι αλγόριθμοι, όπως η αναζήτηση ή η παραγοντοποίηση, μπορούν να επιταχυνθούν. Ωστόσο, το «κβαντικό πλεονέκτημα» είναι ορατό μόνο σε προβλήματα πολύ μεγάλου μεγέθους και δεν έχουμε ακόμα υπολογιστές που να διαχειρίζονται πολλά κβαντικά bits.
Το κοινό πρέπει να κατανοήσει ότι οι κβαντικοί υπολογιστές δεν θα κάνουν τα κινητά τους πιο γρήγορα, καθώς οι αλγόριθμοι με κβαντικό πλεονέκτημα είναι ακόμη περιορισμένοι. Όμως, όσο αναπτύσσουμε κβαντικούς υπολογιστές, ίσως εφεύρουμε τεχνολογίες που θα έχουν μεγαλύτερο αντίκτυπο στην καθημερινότητα. Για παράδειγμα, ο φούρνος μικροκυμάτων ανακαλύφθηκε τυχαία όταν ένας φυσικός προσπαθούσε να βελτιώσει την τεχνολογία ραντάρ. Αν και το ραντάρ είναι σημαντικό, ο φούρνος μικροκυμάτων είναι πλέον παντού!
Κύριε Girit, θα ήθελα να κλείσουμε αυτή τη συνέντευξη με ένα προσωπικό σας μήνυμα προς τους αναγνώστες μας.
Η κβαντική φυσική έχει κανόνες που κατανοούμε πολύ καλά. Αλλά αυτοί οι κανόνες φαίνονται παράξενοι όταν προσπαθούμε να τους εφαρμόσουμε στη δική μας κλίμακα. Αντί να απογοητευόμαστε, θα έπρεπε να ενθουσιαζόμαστε με το γεγονός ότι οι φυσικοί νόμοι μπορεί να είναι αντίθετοι με τη διαίσθησή μας. Αυτό σημαίνει ότι δεν είμαστε το κέντρο του σύμπαντος, ότι υπάρχει περισσότερη πραγματικότητα απ’ όση μπορούμε να δούμε ή να κατανοήσουμε με την καθημερινή μας εμπειρία!
“Quantum physics has rules that we understand very well. But these rules seem weird if we try to apply them at our scale. Instead of being frustrated, we should be ecstatic that physical laws can be counter intuitive. It means that we aren’t the center of the universe, that there is more to the universe than what we can see or understand in our daily experience“
Professor Çağlar Girit is a distinguished physicist specializing in quantum physics, mesoscopic physics, and condensed matter physics. He earned his degree from MIT in 2003 and completed his PhD at UC Berkeley in 2010 under the supervision of Professor Alex Zettl (an American physicist internationally renowned in the field of experimental condensed matter physics and nanotechnology).
His research focuses on studying the electronic and structural properties of graphene and graphene-superconductor hybrid devices.
After completing his doctorate, he worked as a postdoctoral researcher with the Quantronics group at CEA-Saclay from 2010 to 2014, concentrating on measuring Andreev states in superconducting atomic contacts. He then founded the Flux Quantum Lab at the Collège de France in September 2014, focusing on new applications of Josephson junctions.
His research has been supported by significant funding, including the ERC Starting Grant (2015–2020) and the ANR Grants TRIANGLE (2020–) and StrongQEDmpc (2023–). He has also been recognized with awards such as the National Science Foundation Graduate Research Fellowship (2004–2007) and the UC Berkeley Lars Commins Memorial Award (2009).
Professor Girit has made substantial contributions to the understanding of the fundamental principles of quantum physics and their applications in modern technological systems.
It is a great honor for SkalaTimes to host an exclusive interview with him today, and we thank him sincerely for this opportunity.
By Yiota Dimitriou
If quantum physics had a “central message” about how the world works, what would that be? What does it teach us about the very nature of reality?
That our world is made up of “quanta”, such as photons and electrons, which don’t behave like classical point particles and can be spread out over space.
Reality is a function of the physical size and observational capacity of the observer. Quantum physics shows us that we shouldn’t make assumptions about how the universe works at scales very different from the human scale. The laws of physics are more rich than what we can just guess from everyday experience.
Many people talk about “superposition” as if a particle can be in two places at the same time. Could you explain this with a simple example from everyday life?
In the classical “guess the cup” game the dealer shuffles the cups and you have to predict which cup hides the ball. At all times the ball is under only one cup, even if you don’t know which one.
In the quantum version, the ball is under *all* the cups simultaneously. There’s no need to shuffle, because the ball is in a superposition. Once you look under a single cup, the ball
is either *there* and nowhere else, OR still under one of the other cups with equal probability.
Unlike the classical game, where the ball is actually under one cup all the time, the quantum ball is under *all* cups until you find it.
Quantum entanglement is often described as a kind of “telepathy” between particles. How is it possible for two particles to instantly affect each other, regardless of distance? Could this ever apply to human beings?
Say there are two balls, one blue and one red, at the top of a hill. The rules are that they can’t both roll down the same side of the hill. So if you are at the bottom of the hill and you get the red ball, that means the blue ball must have gone down the other side.
Now take quantum entanglement. If the two balls are entangled, the moment you observe the red ball at the bottom of the hill, you know the other ball is blue, but not that it was always blue! In other words, it only becomes blue when you measure red.
What’s different from the classical case is that while rolling down the hill, the quantum balls are both blue and red. The color of the balls is only determined once you look at one of them.
Unfortunately, humans are in some sense too big to undergo entanglement.
Do you believe that, in the future, quantum physics will impact our everyday lives as much as the internet or smartphones? If so, in what ways?
It already does! Electronics, such as transistors, magnets and LEDs, already function under principles of quantum physics. Although the computations may be classical, the hardware is still microscopically quantum. Quantum physics also plays a big role in medical devices such as MRI.
There’s a common impression that quantum physics contradicts our logic. Why is it so difficult to grasp the concepts it describes? Is nature irrational—or simply far more complex than we imagine?
Our difficulty in understanding quantum physics is that it doesn’t occur on the scale of our everyday experience.
Already classical physics is very different at smaller scales, due to phenomenon such as surface tension, which allows some insects to walk on water. If humans were at insect scale, walking on water could seem completely natural.
Quantum physics contradicts our logic, because it functions at a different scale.
What role does observation play in quantum physics? Is it true that by observing something, we change its very reality? Could we possibly use quantum principles to change our lives? Shouldn’t quantum physics, in a more accessible form, be offered more widely to the public instead of being confined to academic halls?
Observation is not so mysterious, because detectors are quantum,too. When we “see”, we detect photons in our eyes. A measurement device is a physical object, part of the universe, which interacts with all other parts of the universe. Reality is not changed by the observer, reality is *made* together by the observer and what is being observed.
Even if we don’t understand quantum mechanics, we can change our lives by appreciating the beauty of it! A wise friend of mine said, “the biggest contribution to philosophy is the understanding of nature,” and quantum mechanics helps us better understand
nature.
It would be great if quantum physics were taught in high school, but understanding the laws of physics at the human scale may be more important basic knowledge.
For someone who hears the term “quantum computers” and imagines something like magic, could you explain in simple terms how they work and why they are considered revolutionary?
A quantum computer can use superposition and entanglement, so it can perform tasks that are impossible with a classical computer.
Although it’s not easy to exploit these quantum effects,physicists have discovered that certain algorithms, such as search and factorization, can be accelerated. However the “quantum
advantage” is only apparent for problems of a very large size, and we don’t yet have quantum computers that work with a lot of quantum bits.
The public should understand that quantum computers won’t make their phones faster, as the algorithms with quantum advantage are quite limited right now. But as we develop quantum computers, I think we will invent quantum technologies that may have a larger impact on our lives. For example the microwave oven was accidentally discovered when a physicist was trying to improve radar technology. Although radar is important, the microwave oven
is ubiquitous!
Dr. Girit, I’d like to close this interview with a personal message from you to our readers.
Quantum physics has rules that we understand very well. But these rules seem weird if we try to apply them at our scale. Instead of being frustrated, we should be ecstatic that physical laws can be counter intuitive. It means that we aren’t the center of the universe, that there is more to the universe than what we can see or understand in our daily experience!
“La physique quantique suit des règles que nous comprenons très bien. Mais ces règles semblent étranges si on essaie de les appliquer à notre échelle. Au lieu d’être frustrés, nous devrions être ravis que les lois physiques puissent être contre-intuitives. Cela signifie que nous ne sommes pas le centre de l’univers, qu’il y a plus dans l’univers que ce que nous pouvons voir ou comprendre dans notre expérience quotidienne“
Le professeur Çağlar Girit est un physicien éminent spécialisé en physique quantique, physique mésoscopique et physique de la matière condensée.
Il a obtenu son diplôme au MIT en 2003 et a soutenu son doctorat à l’UC Berkeley en 2010 sous la direction du professeur Alex Zettl. (Physicien américain, reconnu internationalement dans le domaine de la physique expérimentale de la matière condensée et de la nanotechnologie)
Ses recherches portent sur l’étude des propriétés électroniques et structurelles du graphène et des dispositifs hybrides graphène-superconducteur.
Après son doctorat, il a travaillé comme chercheur postdoctoral au sein du groupe Quantronics du CEA-Saclay de 2010 à 2014, se concentrant sur la mesure des états d’Andreev dans des contacts atomiques supraconducteurs. Il a ensuite fondé le Flux Quantum Lab au Collège de France en septembre 2014, où il s’est dédié aux nouvelles applications des jonctions Josephson.
Ses recherches ont bénéficié de financements importants, notamment la bourse ERC Starting Grant (2015–2020) et les subventions ANR TRIANGLE (2020–) et StrongQEDmpc (2023–). Il a également été récompensé par des distinctions telles que la bourse de recherche de la National Science Foundation Graduate Research Fellowship (2004–2007) et le prix Lars Commins Memorial Award de l’UC Berkeley (2009).
Le professeur Girit a largement contribué à la compréhension des principes fondamentaux de la physique quantique et de leurs applications dans les systèmes technologiques modernes.
C’est un grand honneur pour SkalaTimes de réaliser aujourd’hui une interview exclusive avec lui, et nous le remercions sincèrement pour cette opportunité.
Par Yiota Dimitriou
Si la physique quantique avait un « message central » sur le fonctionnement du monde, quel serait-il ? Que nous enseigne-t-elle sur la nature même de la réalité ?
Notre monde est constitué de « quanta », tels que les photons et les électrons, qui ne se comportent pas comme des particules classiques ponctuelles mais peuvent s’étendre dans l’espace.
La réalité dépend de la taille physique et de la capacité d’observation de l’observateur. La physique quantique nous montre qu’il ne faut pas faire d’hypothèses sur le fonctionnement de l’univers à des échelles très différentes de l’échelle humaine. Les lois de la physique sont plus riches que ce que nous pouvons deviner par l’expérience quotidienne.
Beaucoup de gens parlent de la « superposition » comme si une particule pouvait être à deux endroits à la fois. Pourriez-vous expliquer cela avec un exemple simple de la vie quotidienne ?
Dans le jeu classique « deviner la tasse », le vendeur mélange les tasses et vous devez prédire sous laquelle se trouve la balle. La balle est à tout moment sous une seule tasse, même si vous ne savez pas laquelle.
Dans la version quantique, la balle est sous toutes les tasses simultanément. Il n’est pas nécessaire de mélanger, car la balle est en superposition. Une fois que vous regardez sous une seule tasse, la balle est soit là et nulle part ailleurs, soit encore sous une autre tasse avec une probabilité égale.
Contrairement au jeu classique où la balle est toujours sous une seule tasse, la balle quantique est sous toutes les tasses jusqu’à ce qu’on la trouve.
L’intrication quantique est souvent décrite comme une sorte de « télépathie » entre particules. Comment est-il possible que deux particules s’influencent instantanément, quelle que soit la distance ? Cela pourrait-il s’appliquer un jour aux êtres humains ?
Imaginons deux balles, une bleue et une rouge, en haut d’une colline. Les règles disent qu’elles ne peuvent pas toutes les deux descendre du même côté de la colline. Donc si vous êtes en bas de la colline et que vous attrapez la balle rouge, cela signifie que la balle bleue doit être descendue de l’autre côté.
Maintenant, en ce qui concerne l’intrication quantique : si les deux balles sont intriquées, au moment où vous observez la balle rouge en bas, vous savez que l’autre balle est bleue, mais pas qu’elle a toujours été bleue ! Autrement dit, elle ne devient bleue qu’au moment où vous mesurez la rouge.
Ce qui diffère du cas classique, c’est que pendant la descente, les balles quantiques sont à la fois bleues et rouges. La couleur ne se détermine qu’au moment où vous observez une des balles.
Malheureusement, les humains sont trop gros, en quelque sorte, pour subir l’intrication.
Pensez-vous que, dans le futur, la physique quantique aura un impact sur notre vie quotidienne comparable à celui d’internet ou des smartphones ? Si oui, de quelles manières ?
Elle l’a déjà ! L’électronique, comme les transistors, les aimants et les LED, fonctionne déjà selon des principes de physique quantique. Même si les calculs sont classiques, le matériel est microscopiquement quantique. La physique quantique joue aussi un grand rôle dans les dispositifs médicaux comme l’IRM.
Il y a une impression courante que la physique quantique contredit notre logique. Pourquoi est-il si difficile de saisir ses concepts ? La nature est-elle irrationnelle — ou simplement bien plus complexe que ce que nous imaginons ?
Notre difficulté vient du fait que la physique quantique ne se manifeste pas à l’échelle de notre expérience quotidienne.
La physique classique elle-même est très différente à plus petite échelle, à cause de phénomènes comme la tension de surface, qui permet à certains insectes de marcher sur l’eau. Si l’homme avait la taille d’un insecte, marcher sur l’eau semblerait naturel.
La physique quantique contredit notre logique parce qu’elle agit à une autre échelle.
Quel rôle joue l’observation en physique quantique ? Est-il vrai qu’en observant quelque chose, on modifie sa réalité ? Pourrait-on utiliser les principes quantiques pour changer nos vies ? La physique quantique ne devrait-elle pas être vulgarisée au lieu d’être confinée aux cercles académiques ?
L’observation n’est pas si mystérieuse, car les détecteurs sont eux aussi quantiques. Quand nous « voyons », nous détectons des photons dans nos yeux. Un appareil de mesure est un objet physique, partie de l’univers, qui interagit avec toutes les autres parties de l’univers. La réalité n’est pas changée par l’observateur, la réalité est créée ensemble par l’observateur et ce qui est observé.
Même si nous ne comprenons pas la mécanique quantique, nous pouvons changer nos vies en appréciant sa beauté ! Un ami sage m’a dit : « La plus grande contribution à la philosophie est la compréhension de la nature », et la mécanique quantique nous aide à mieux comprendre la nature.
Il serait formidable d’enseigner la physique quantique au lycée, mais comprendre les lois de la physique à l’échelle humaine est peut-être une connaissance de base plus importante.
Pour quelqu’un qui entend le terme « ordinateurs quantiques » et imagine quelque chose de magique, pourriez-vous expliquer simplement comment ils fonctionnent et pourquoi ils sont révolutionnaires ?
Un ordinateur quantique utilise la superposition et l’intrication, ce qui lui permet d’effectuer des tâches impossibles pour un ordinateur classique.
Bien qu’il soit difficile d’exploiter ces effets quantiques, les physiciens ont découvert que certains algorithmes, comme la recherche ou la factorisation, peuvent être accélérés. Cependant, cet « avantage quantique » n’apparaît que pour des problèmes très grands, et nous n’avons pas encore d’ordinateurs quantiques avec beaucoup de qubits.
Le public doit comprendre que les ordinateurs quantiques ne rendront pas leur téléphone plus rapide, car les algorithmes avec avantage quantique sont pour l’instant limités. Mais en développant les ordinateurs quantiques, je pense que nous inventerons des technologies quantiques ayant un plus grand impact sur nos vies. Par exemple, le four à micro-ondes a été découvert par hasard lorsqu’un physicien essayait d’améliorer la technologie radar. Même si le radar est important, le micro-ondes est devenu omniprésent !
Dr Girit, je voudrais conclure cette interview par un message personnel de votre part à nos lecteurs.
La physique quantique suit des règles que nous comprenons très bien. Mais ces règles semblent étranges si on essaie de les appliquer à notre échelle. Au lieu d’être frustrés, nous devrions être ravis que les lois physiques puissent être contre-intuitives. Cela signifie que nous ne sommes pas le centre de l’univers, qu’il y a plus dans l’univers que ce que nous pouvons voir ou comprendre dans notre expérience quotidienne!
“У квантовой физики есть правила, которые мы хорошо понимаем. Но эти правила кажутся странными, если пытаться применить их к нашему масштабу. Вместо того чтобы расстраиваться, мы должны радоваться тому, что физические законы могут быть противоинтуитивными. Это значит, что мы не центр вселенной, что во вселенной есть нечто большее, чем мы можем увидеть или понять в повседневной жизни!“
Профессор Чағлар Гирит — выдающийся физик, специализирующийся на квантовой физике, мезоскопической физике и физике конденсированного состояния. Он получил образование в MIT в 2003 году и защитил докторскую диссертацию в Университете Калифорнии в Беркли в 2010 году под руководством профессора Алекса Зеттла. (Американский физик, международно признанный в области экспериментальной физики конденсированного состояния и нанотехнологий).
Его исследования сосредоточены на изучении электронных и структурных свойств графена и гибридных устройств на основе графена и сверхпроводников.
После защиты докторской диссертации он работал постдоком в группе Кантроники в CEA-Сакле с 2010 по 2014 год, сосредоточившись на измерении состояний Андреева в сверхпроводящих атомных контактах. В сентябре 2014 года он основал лабораторию Flux Quantum в Коллеж де Франс, где занимается новыми приложениями переходов Джозефсона. Его исследования финансировались значительными грантами, включая ERC Starting Grant (2015–2020) и гранты ANR TRIANGLE (с 2020 года) и StrongQEDmpc (с 2023 года). Он также был удостоен наград, таких как стипендия Национального научного фонда для аспирантов (2004–2007) и мемориальная премия Ларса Комминса Университета Калифорнии в Беркли (2009). Профессор Гирит внес значительный вклад в понимание фундаментальных принципов квантовой физики и их применения в современных технологических системах.
Для SkalaTimes большая честь провести эксклюзивное интервью с ним сегодня, и мы искренне благодарим его за эту возможность.
Автор: Йота Димитриу
Если бы у квантовой физики было «центральное послание» о том, как устроен мир, что бы это было? Что она учит нас о самой природе реальности?
Наш мир состоит из «квантов», таких как фотоны и электроны, которые не ведут себя как классические точечные частицы и могут распространяться в пространстве. Реальность зависит от физического размера и наблюдательной способности наблюдателя. Квантовая физика показывает, что не стоит делать предположения о том, как устроена вселенная на масштабах, сильно отличающихся от человеческого. Законы физики богаче, чем мы можем представить из повседневного опыта.
Многие говорят о «суперпозиции» как о том, что частица может находиться в двух местах одновременно. Можете объяснить это простым примером из повседневной жизни?
В классической игре «угадай стакан», ведущий перемешивает стаканы, а вы должны угадать, под каким из них спрятан шарик. В любой момент шарик находится только под одним стаканом, даже если вы не знаете, под каким именно.
В квантовой версии шарик находится под всеми стаканами одновременно — суперпозиция. Нет необходимости перемешивать, потому что шарик «есть» везде сразу. Как только вы посмотрите под один стакан, шарик окажется либо там, либо под одним из других стаканов с равной вероятностью.
В отличие от классической игры, где шарик всегда под одним стаканом, квантовый шарик остаётся под всеми, пока вы его не обнаружите.
Квантовая запутанность часто описывается как своего рода «телепатия» между частицами. Как возможно, что две частицы мгновенно влияют друг на друга, независимо от расстояния? Может ли это когда-нибудь применяться к людям?
Представьте две шарика — синий и красный — на вершине холма. Правило: они не могут скатиться с одной и той же стороны. Если вы у подножия и получаете красный шарик, значит синий скатился с другой стороны.
В квантовой запутанности, когда вы наблюдаете красный шарик внизу, вы знаете, что другой — синий, но это не значит, что он всегда был синим. Он становится синим только в момент измерения красного.
Отличие от классического случая в том, что пока шарики скатываются, они одновременно и синие, и красные — цвет определяется только при наблюдении.
К сожалению, люди слишком большие, чтобы подвергаться квантовой запутанности.
Считаете ли вы, что в будущем квантовая физика повлияет на нашу повседневную жизнь так же сильно, как интернет или смартфоны? Если да, то каким образом?
Уже влияет! Электроника — транзисторы, магниты, светодиоды — функционирует на принципах квантовой физики. Хотя вычисления могут быть классическими, оборудование микроскопически квантовое. Квантовая физика играет важную роль и в медицинских приборах, таких как МРТ.
Существует мнение, что квантовая физика противоречит нашей логике. Почему так трудно понять описываемые ею концепции? Природа иррациональна или просто гораздо сложнее, чем мы думаем?
Трудность в том, что квантовая физика происходит на масштабах, отличных от нашего повседневного опыта. Даже классическая физика отличается на малых масштабах — например, поверхностное натяжение позволяет насекомым ходить по воде. Если бы мы были размером с насекомое, ходить по воде было бы естественно.
Квантовая физика противоречит нашей логике, потому что действует на другом масштабе.
Какую роль играет наблюдение в квантовой физике? Верно ли, что наблюдая за чем-то, мы меняем саму реальность? Можно ли использовать квантовые принципы, чтобы изменить нашу жизнь? Не стоит ли делать квантовую физику более доступной для общественности, а не ограничивать академическими аудиториями?
Наблюдение не так загадочно, ведь детекторы тоже квантовые. Когда мы «видим», наши глаза фиксируют фотоны. Измерительный прибор — физический объект, часть Вселенной, взаимодействующий со всеми её частями. Реальность не меняется наблюдателем, она создаётся вместе с наблюдателем и объектом наблюдения.
Даже не понимая квантовую механику, мы можем изменить жизнь, ценя её красоту. Как сказал мой мудрый друг: «Самый большой вклад в философию — это понимание природы», а квантовая механика помогает нам лучше понять природу.
Было бы здорово, если бы квантовую физику преподавали в школе, но более важным базовым знанием может быть понимание законов физики на человеческом уровне.
Для тех, кто слышит «квантовые компьютеры» и представляет что-то вроде магии, можете ли объяснить простыми словами, как они работают и почему считаются революционными?
Квантовый компьютер использует суперпозицию и запутанность, что позволяет выполнять задачи, невозможные для классического компьютера.
Хотя сложно использовать эти эффекты, физики обнаружили ускорение некоторых алгоритмов, например, поиска и факторизации. Однако «квантовое преимущество» проявляется только на очень больших задачах, и пока нет компьютеров с большим числом квантовых бит.
Публике следует понимать, что квантовые компьютеры не сделают телефоны быстрее, поскольку подходящие алгоритмы сейчас ограничены. Но развитие квантовых компьютеров приведёт к появлению новых квантовых технологий, которые могут оказать большее влияние на нашу жизнь. Например, микроволновая печь была случайно изобретена при попытках улучшить радар. Радар важен, но микроволновка стала повсеместной!
Доктор Гирит, хотелось бы завершить интервью вашим личным посланием нашим читателям.
У квантовой физики есть правила, которые мы хорошо понимаем. Но эти правила кажутся странными, если пытаться применить их к нашему масштабу. Вместо того чтобы расстраиваться, мы должны радоваться тому, что физические законы могут быть противоинтуитивными. Это значит, что мы не центр вселенной, что во вселенной есть нечто большее, чем мы можем увидеть или понять в повседневной жизни!
