Ultracold physics and quantum control (zimní semestr)

Undergraduate course, MFF UK, 2021

V říjnu a listopadu 2021 pořádáme sérii přednášek na téma “Fyzika ultrachladných médií a ovládání kvantových stavů”. Díky finanční podpoře od Fondu strategických partnerství Univerzity Karlovy mají posluchači možnost si vyslechnout tradiční výukové (tj. na studenty orientované) přednášky od vědců z Oxfordské univerzity.

Cílovou skupinou jsou studenti na prahu získávání znalostí z kvantové fyziky, ale budeme se snažit prezentaci přizpůsobit i akademikům z nefyzikálních přírodovědných oborů.

Cílem přednášek je seznámit studenty a širší veřejnost s tématem fyziky ultrachladných systémů a rozšířit povědomí o výzkumné aktivitě, která se nově rozvíjí na Katedře fyziky povrchů a plazmatu Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy.

Bílí trpaslíci v pasti aneb Kvantové plazma (8.10.2021)

Úvod do problematiky kvantového plazmatu. Offline přednáška na MFF UK v rámci předmětu “Problémy současné fyziky”.

Laser cooling and trapping of atoms (15.10.2021, 10.30 hod.)

Přednáška od profesora Chrise Foota z Oxfordské univerzity o tvorbě ultrachladného plynu.

Registrujte se zde: https://cuni-cz.zoom.us/meeting/register/tJwoc-mqqzwvG9EB9Fgn9YlI5VTrthL8z4PR

Ultracold quantum gases: Bose-Einstein condensation and matter-wave interference (21.10.2021, 14.00 hod.)

Druhá přednáška od profesora Chrise Foota z Oxfordské univerzity o tom, jak přimět hmotu, aby se chovala jako vlny.

Registrujte se zde: https://cuni-cz.zoom.us/meeting/register/tJ0lduuhqjsuGtPuNOL_vcx38xv0QGS-FKh1

Quantum technologies with Rydberg atoms (3.11.2021, 14.00 hod.)

Přednáška od dr. Martina Kiffnera z Oxfordské univerzity jak použít techniky ovládání kvantových stavů k převodu mikrovln na viditelné záření.

Abstrakt: Rydberg atoms are atoms in highly excited electronic states and exhibit extremely exaggerated properties as compared to their ground state counterparts. For example, they exhibit a quasi-continuum of very strong dipole transitions in the terahertz and microwave range, and the lifetime of Rydberg states increases dramatically with their principal quantum number. In my talk I will discuss how these properties can be harnessed for the efficient interconversion of millimeter-wave and optical fields [1-3], which has numerous applications in classical and quantum technologies. In addition, I will present experimental results on the generation of coherent UV and terahertz fields in hot Rubidium vapor [4,5].

  1. M. Kiffner, A. Feizpour, K. T. Kaczmarek, D. Jaksch and J. Nunn, Two-way interconversion of millimeter-wave and optical fields in Rydberg gases, New J. Phys. 18, 093030 (2016).
  2. J. Han, T. Vogt, C. Gross, D. Jaksch, M. Kiffner, and W. Li, Coherent Microwave-to-Optical Conversion via Six-Wave Mixing in Rydberg Atoms, Phys. Rev. Lett. 120, 093201 (2018).
  3. T. Vogt, C. Gross, J. Han, S. B. Pal, M. Lam, M. Kiffner, and W. Li, Efficient microwave-to-optical conversion using Rydberg atoms, Phys. Rev. A 99, 023832 (2019).
  4. M. Lam, S. B. Pal, T. Vogt, C. Gross, M. Kiffner, and W. Li, Collimated UV light generation by two-photon excitation to a Rydberg state in Rb vapor, Optics Letters 44, 2931 (2019).
  5. M. Lam, S. B. Pal, T. Vogt, M. Kiffner, and W. Li, Directional THz generation in hot Rb vapor excited to a Rydberg state, Opt. Lett. 46, 1017 (2021).

Registrujte se zde: https://cuni-cz.zoom.us/meeting/register/tJ0sdeusrzoiGtRxFXzPkCvm2Il5H1xfRmlF

O přednášejících

Prof. Christopher Foot

Prof. Chris Foot

Chris Foot získal tituly B.A. z fyziky a D.Phil. z atomové a laserové fyziky na Oxfordské univerzitě. Po obhajobě dizertace strávil několik let prací na Stanfordské univerzitě jsa částečně podporován prestižním stipendiem Lindemann Trust Fellowship. Poté se vrátil do Oxfordu, aby zkoumal laserové chlazení a zachycování atomů. Od roku 1991 je školitelem na St. Peter’s College v Oxfordu.

Mezi jeho současné výzkumné zájmy patří experimentální studium ultrachladných atomových plynů při teplotách desítek nanokelvinů, jevy Bose-Einsteinovy kondenzace a jevy supratekutosti. Moderní techniky pro udržování atomů magnetickými poli, která je drží téměř nehybné v oblasti v oblasti ultra vysokého vakua, umožňují velmi přesné ovládání těchto systémů a manipulaci v nejnižším (základním) kvantovém stavu za účelem zkoumání fyziky rozsáhlých (mnohočetných) kvantových systémů novými způsoby.

V poslední době výzkumný tým vedený Chrisem Footem vyvinul několik nových experimentálních technik, které používají radiofrekvenční pole v kombinaci s i) magnetickými poli k zachycení ultra studených neutrálních atomů a ii) statickými elektrickými poli k omezení atomových a biomolekulárních iontů. Tyto techniky nám umožňují zkoumat „hmotné“ kvantové systémy s hmotností milionkrát větší než jednotlivé atomy.

V St. Peter’s College Chris vyučuje kvantovou mechaniku a atomovou, molekulární a laserovou fyziku. Na katedře fyziky přednášel atomovou fyziku a vedl kurzy o ultrachladné kvantové hmotě. V poslední době je koordinátorem volitelného studijního programu pro čtvrtý ročník týkající se laserů a kvantového zpracování informací.

Dr. Martin Kiffner

Dr Martin Kiffner

Martin Kiffner je vědeckým pracovníkem Centra pro kvantové technologie v Singapuru a hostujícím vědcem na univerzitě v Oxfordu, kde je součástí skupiny Quantum Systems Engineering a Senior Research Fellow na Keble College. Je teoretickým fyzikem pracujícím v oblasti kvantové fyziky a jejích aplikací v kvantové technologii.

Kvantové technologie mají za cíl zlepšit výkon technologií příští generace využitím zákonů kvantové fyziky. Téměř sto let po vynálezu kvantové fyziky slibuje naše rostoucí schopnost ovládat složité fyzikální systémy na kvantové úrovni dramaticky zvýšit výkon aplikací, jako je snímání, metrologie, komunikace, zobrazování a výpočetní technika.

Martinovy současné výzkumné zájmy zahrnují konverzi optických a milimetrových vln pomocí rydbergovských atomů, systémy pevných látek v rezonátorech a vývoj softwaru pro kvantové výpočetní aplikace.

Přístup k přednáškám po datech konání

Přednášky budou nahrávány, ale odkazy ke stažení budou bezprostředně po nich rozeslány pouze registrovaným osobám, takže se prosím registrujte, i když víte, že se nebudete moci připojit. Ostatním budou soubory zpřístupněny 2-3 týdny po konání.