Od 8. do 14. července se koná Festival planet Brno. Vše podstatné najdete na www.festivalplanetbrno.cz
Mezinárodní den kvantové fyziky
U příležitosti Mezinárodního dne kvantové fyziky představí 13. dubna 2023 vědci z Ústavu přístrojové techniky (ÚPT AV ČR) téma kvantové fyziky a s ní spojených kvantových technologií.
16:00–18:00
VĚDA HROU – experimentální odpoledne pro dětské návštěvníky
- Foyer/exploratorium Hvězdárny a planetária Brno
- Vstupné zdarma
Návštěvníci si sami vyzkouší jednoduché pokusy ukazující kvantové jevy v technologiích, které se staly součástí našeho každodenního života. Seznámí se s výzkumem vědců ÚPT AV ČR vycházejícím z nejnovějších poznatků kvantové fyziky.
Kvantové jevy se uplatňují na úrovni atomů, proto je nemůžeme přímo pozorovat prostým okem. Projevují se při interakci elementárních částic se světlem. Právě tyto jevy ještě v 19. století vědci nedokázali vysvětlit klasickou fyzikou a tím vznikly základy ke kvantové fyzice. Pro představu laické veřejnosti budou připraveny experimenty, na kterých vědci ukáží návštěvníkům principy kvantové fyziky.
18:00–18:50
Kvantové technologie
prof. RNDr. Miloslav Dušek, Dr.
Univerzita Palackého v Olomouci, Přírodovědecká fakulta
- Sál velkého planetária Hvězdárny a planetária Brno
- Vstupné 100 Kč
- KOUPIT VSTUPENKY
Současná technická civilizace stojí na kvantové fyzice: mikroelektronika, lasery, jaderná energetika a řada dalších technologií. V posledních desetiletích se prosadilo také přímé využití kvantových principů, které často odporují běžnému chápání jevů kolem nás, ale mají významné využití např. při zpracování a přenosu informace. Souhrnně se mluví o kvantových technologiích. Nabízejí nové možnosti a škála aplikací se dále rozšiřuje, zejména do oblasti přesné metrologie a senzorů. I když je jejich komerční využití zatím na úplném začátku, jejich potenciál se jeví velký.
Relativní přesnost měření času je již dnes díky kvantovým technologiím přibližně bilionkrát vyšší, než je přesnost běžných hodinek využívajících křemenný oscilátor. Přesný čas je důležitý nejen pro navigační systémy typu GPS nebo Galileo, ale například i pro automatizované obchody na burzách. Významné uplatnění mohou najít dále v oblasti bezpečnostních technologií. Například kvantová kryptografie umožňuje bezpečnou komunikaci bez ohledu na výpočetní nebo technologické možnosti útočníka. Kvantové počítače sice ohrozí současné kryptografické systémy, ale také např. umožní spočítat vlastnosti velkých molekul, což není možné ani pomocí současných superpočítačů. Kvantové akcelerometry a gyroskopy mohou zvýšit přesnost inerciálních navigačních systémů o dva až tři řády. Nové senzory umožní měřit magnetické pole jednotlivých molekul.
S rozvojem kvantových technologií jde ruku v ruce zásadní rozvoj podpůrných technologií, například zdrojů jednotlivých fotonů a provázaných stavů světla, jednofotonových detektorů, jednočipových iontových pastí či optických integrovaných obvodů, které umožňují jejich aplikaci a využití. Rozvoj kvantových technologií ale také prohlubuje naše porozumění kvantové fyzice.
19:00–19:50
Optické kvantové hodiny – cesta k zpřesnění a nové definici jednotky času
Ing. Ondřej Číp, Ph.D.
Ústav přístrojové techniky AV ČR, vedoucí Oddělení koherenční optiky
- Sál velkého planetária Hvězdárny a planetária Brno
- Vstupné 100 Kč
- KOUPIT VSTUPENKY
Využití kvantových efektů pro tak praktickou oblast, jakou je přesné měření času, provází lidstvo po více než půl století. Přesnost synchronizace senzorických sítí, pozičního navigačního systému GNSS, datových přenosů či úředního času je odvozena od jednotky času. Dle platné mezinárodní definice metrického systému SI je „jedna sekunda“ odvozena od změny energetického stavu atomu Césia mezi vybranými hladinami jeho hyper jemné struktury, tedy mezi jeho dvěma kvantovými stavy. Reprezentantem zařízení, které generuje časové značky jednotky času, jsou pak tradiční atomové hodiny na principu césiové fontány, jejichž přesnost dosahuje až šestnácti platných cifer.
Rozvoj kvantových technologií však již nyní umožnil sestavit hodiny, které dosahují až tisíckrát vyšší přesnosti. Mezinárodní metrologická komunita intenzivně pracuje na tzv. optických kvantových hodinách, které využívají optické přechody v laserem zchlazených atomech či iontech různých druhů (např. Sr, Yb, Ca, Al, Mg či Hg) následované technikami frekvenční syntézy pro získání signálu „jedna sekunda“.
Ukazuje se však, že optické kvantové hodiny založené na uvedených druzích atomů či iontů vykazují různě unikátní parametry a nelze přesně určit, které kvantové hodiny jsou ty nejlepší. Úsilí metrologické komunity je proto směřováno na propojení laboratoří s optickými kvantovými hodinami do mezinárodní optické sítě, která dovoluje v reálném čase porovnávat stabilitu hodin různých typů a zároveň vygenerovat průměrnou „jednu sekundu“ té nejvyšší přesnosti. Otevírá se tak cesta k redefinici jednotky času, která je plánována kolem roku 2030.
Česká republika nezůstává v této oblasti výzkumu pozadu. Ústav přístrojové techniky AV ČR (ÚPT) a Katedra optiky Univerzity Palackého provozuje první české experimentální optické kvantové hodiny ve společné laboratoři v ÚPT v Brně. Zároveň ÚPT a sdružení CESNET již provozuje část budoucí mezinárodní optické sítě CLONETS, na které probíhají první experimenty porovnávání přesnosti optických kvantových hodin.
Proč se Mezinárodní den kvantové fyziky slaví 14. dubna?
vychází z čísla 4,14, tedy ze zaokrouhlené Planckovy konstanty, jež činí 4,135667696×10−15 neboli 0,000 000 000 000 004 135667696 eV.s.
Proč je Planckova konstanta tak důležitá? Věděli jste, že se používá k definování kilogramu? A v jakých oborech a výzkumných směrech se s ní setkáme, či ovlivňuje i naše životy? To jsou některé z otázek a mnoho dalších, kterými se budou zabývat aktivity Mezinárodního dne kvantové fyziky.
Více o programu na WQD2023 nebo www.isibrno.cz.
