Klaus Mølmer

Institut for Fysik og Astronomi, Aarhus Universitet Lundbeckfondens Teoricenter for Kvantesystemforskning

Klaus Mølmer modtager Videnskabsministeriets EliteForsk-pris på 1 mio. kr

Klaus Mølmer 

Professor og centerleder Klaus Mølmer, 43 år

Fagområde

Fysik

Kort beskrivelse af forskningsområdet

Arbejdet vedrører den teoretiske beskrivelse af atomers opførsel. En gren af forskningen vedrører mulighederne for at anvende enkelte atomer som et nyt medium til databehandling.

Fysiske objekter så små som atomer og molekyler beskrives med kvantemekanikkens love. Partikler beskrives i kvantemekanikken ved en såkaldt bølgefunktion, der i lighed med en bølge på en vandoverflade strækker sig over et større område. I modsætning til den klassiske fysiks partikelopfattelse, tillægges enkelte elektroner, atomer og molekyler således mulighed for at befinde sig forskellige steder på samme tid. Den kvantemekaniske beskrivelse har domineret al mikroskopisk fysik siden 1920’erne, men med fremkomsten af laseren og moderne eksperimentelle teknikker er det specielt i atomfysikken blevet muligt at styre og studere enkelte kvantesystemer og deres indbyrdes vekselvirkninger. Blandt en række eksotiske og mærkværdige fænomener, som kan studeres i laboratoriet, forskes der nu intenst i den såkaldte kvantecomputer. I kvantecomputeren er kvantepartikler ”kuglerne på en kvantekugleramme”, og deres evne til at være flere steder på samme tid tillader kuglerammen at udføre samtidige beregninger på flere tal.

De forskningsmæssige udfordringer og perspektiver inden for forskningsområdet

Der er store perspektiver for forskningen i kvanteoptik og atomfysik, fordi atomer i kombination med laserlys, er enestående kontrollerbare systemer. Kvantecomputeren er en revolutionerende idé, der på ekstrem vis vil kunne udnytte kvantefysikkens paradoksale effekter på atomart niveau til massiv parallel beregning på en enkelt (kvante-) processor. At realisere en sådan computer i laboratoriet vil kræve en massiv indsats med såvel teoretiske, eksperimentelle og teknologiske fremskridt. De første forsøg med et enkelt atom blev først foretaget i 1980’erne, og nu taler vi allerede om at udføre tusindvis af operationer med høj præcision på tusindvis af velkontrollerede atomer. I takt med disse fremskridt kommer en række anvendelser og nyopdagelser for dagen, og forskningen har allerede affødt forskellige nye teoretiske regnemetoder, ligesom informationsindholdet og datakapaciteten er blevet markant forøget.

Datakapacitet er blevet ophøjede til fysiske egenskaber på lige fod med fx energi og temperatur til at karakterisere de relevante fysiske systemer. Selv små eksperimentelle fremskridt opfylder også mere ”beskedne” mål, og kvanteeffekter i atomer udgør således i dag den teknologiske basis for atomure, GPS navigationssystemet og præcisionsmåleredskaber. Fordi forskningen er knyttet til egenskaber, som deles af mange fysiske systemer fra atomfysikken over kemien til nanofysikken, finder der også en rig erfaringsudveksling sted, og det er både en udfordring og en fantastisk mulighed for forskningen, at kvantebeskrivelsen på den ene side ”invaderer” områder, der hidtil fortrinsvis blev betragtet med klassiske metoder, og at atomfysikken på den anden side i stigende grad beskæftiger sig med mange partiklers kollektive dynamik. 

Danmark har siden Niels Bohr stået stærkt i den atomfysiske grundforskning, og siden starten af 1990’erne er kvanteoptikken blevet prioriteret højt af Universiteterne og private og offentlige fonde, således at der i dag er flere danske aktiviteter på internationalt niveau. Området nyder stor international opmærksomhed med omfattende Europæiske og Amerikanske initiativer (med markant dansk deltagelse).

Foruden de tekniske udfordringer med at virkeliggøre de ambitiøse projekter, er det en udfordring for denne forskning, at den ligger i grundforskningsenden af den videnskabelige fødekæde: Vores ”produkt” er ideer og metoder, hvoraf nogle vil kunne implementeres i teknologiske anvendelser, og vores færdiguddannede studerende, der vil kunne medvirke hertil. Vi er derfor - i Danmark og internationalt – afhængige af at kunne søge grundforskningsmidler, der ikke fx er øremærkede specifikke eksisterende teknologier, og vi er afhængige af opbakning fra forskningsinstitutionerne til rekruttering af dygtige forskere.

Hvordan opstod din interesse for netop dette forskningsfelt?

Jeg blev som ung ph.d.-studerende tilfældigt opmærksom på kvanteoptikken og 1980’ernes nye drejning i atomfysikken ved at læse en artikel, som med en blanding af ’Ole Opfinder-logik’ og præcise matematiske argumenter foreslog, at man kan køle atomer med en intens laserstråle. Jeg er min speciale- og ph.d.-vejleder, Knud Taulbjerg, stor tak skyldig for en solid faglig intuition for atom- og kvantefysik og især for hans generøse opmuntring og opbakning til, at jeg forlod hans eget forskningsområde og skiftede til kvanteoptikken. Jeg blev her tiltrukket af forskningsfeltets karakteristiske arbejdsform, som kombinerer iderigdom og opfindsomhed med en håndværksmæssig tilgang til afprøvningen af ideernes holdbarhed. Den seneste udvikling mod kvanteinformatik følger helt samme mønster, hvor kvantefysikkens største paradokser med fantasi forsøges tæmmet med henblik på fantasifulde anvendelser i bl.a. kvantecomputere.

Hvordan vil du anvende EliteForsk-prisen?

Prisen skal gøre en forskel! Da jeg for tiden, takket være mit medlemskab af internationale netværk og en stor centerbevilling fra Lundbeckfonden, har rigelige midler til mine primære forskningsområder, vil jeg forsøge at etablere et nyt samarbejde med forskere fra andre fagområder, som gennem midlertidig ansættelse her i Århus kan tilføre os ny viden og inspiration. Med prisen som risikovillig kapital vil jeg forsøge en investering i et gennembrud for kvanteoptikkens tankegang og metode i et andet forskningsfelt. Hvilket felt vil komme an på de muligheder, der byder sig.

Hvad var din reaktion på, at du er modtager af en af EliteForsk-priserne?

Jeg er taknemmelig over for de nære kolleger, der har bragt mit navn i forslag - og over for de organer og udvalg, der fremlagt forslaget og har truffet det endelige valg. Jeg er glad og stolt over, at mit arbejde påskønnes. Og ydmyg over for det faktum, at jeg har mange kolleger, der med lige så stor ret kunne have modtaget denne pris. Og, ikke mindst er jeg taknemmelig over for de studerende, gæsteforskere og kolleger, jeg har arbejdet sammen med gennem årene, som jeg har lært og lærer meget af, og som har andel i al min videnskabelige produktion.

Lidt om mennesket bag forskeren

Jeg er født i Vejle, min far er snedker, min mor har arbejdet som bogholder, og jeg har en lillesøster, der er skolelærer. Jeg er gift og har to døtre på 11 og 15 år. Jeg spiller klarinet til husbehov og klaver (lidt nødtørftigt) og spiller med særlig glæde sammen med mine børn og ved festlige lejligheder sammen med musikalske kolleger.

Jeg holder meget af at læse klassiske og moderne forfattere og bøger om litteratur. De største komponister, forfattere og billedkunstnere er i særlig høj grad i stand til at udtrykke det at være ”levende mennesker”, og kunstnerbiografier fascinerer mig, fordi man kan studere dem og samtidigt selv se, om de afbildede personers indre og ydre oplevelser afspejles i deres kunst.

Udover min forskning er jeg meget glad for at undervise på alle niveauer af fysikuddannelsen. Jeg holder en del foredrag i skoler og gymnasier og for offentligheden, og er glad for at kunne bidrage til både oplysning og underholdning af engagerede og nysgerrige mennesker.

Argumentation for tildeling af prisen

Klaus Mølmer er en forsker i international særklasse. I forbindelse med udnævnelsen til professor i kvanteoptik og atomfysik blev han vurderet til at være mellem de to til tre dygtigste teoretiske fysikere i sin aldersgruppe i verden inden for disse forskningsområder. Han forsker i atomers vekselvirkning med lys, nedbremsning af atomer ved hjælp af laserlys og dynamik af ultrakolde gasser. Hans forskningsresultater bidrager bl.a. til anvendelser ved præcisionsmålinger, f.eks. tidsangivelser med atomare ure, og han er aktiv inden for forskningen i udnyttelsen af kvanteffekter til datakommunikation og -behandling. Herunder bl.a. med udvikling af teorier for, hvordan man kan bygge kraftfulde kvantemekaniske computere.

Kontaktinformation

Professor, Ph.d. Klaus Mølmer Institut for Fysik og Astronomi Ny Munkegade, bygn. 1520 Aarhus Universitet 8000 Århus C E-mail: moelmer@phys.au.dk
Telefon: 8942 3679 (arbejde), 2338 2321 (mobil), 8610 6578 (privat)

Senest opdateret 18. december 2014