Гершон Курицки

Гершон Курицки

Дата рождения

29 октября 1952 года

Место рождения

Вильнюс, СССР

Гершон Курицкий (англ. Gershon Kurizki, ивр. גרשון קוריצקי) — израильский квантовый физик-теоретик, известный своим вкладом в области квантового взаимодействия света и материи, управления взаимодействием квантовых систем с окружающей средой, квантовой термодинамики и квантовой теории измерений.

Биография

Родился в 1952 году в Вильнюсе.

Иммигрировал в Израиль со своей семьей в 1960 году. После получения степени бакалавра и магистра физики в Технионе в 1979 году он переехал в 1980 году в Университет Нью-Мексико, США, где в 1983 году получил степень доктора философии по физике. Его докторская диссертация, написанная под руководством Марлана Скалли и Джона МакИвера, была посвящена излучению быстрых заряженных частиц в кристаллах.

Карьера

Он был назначен преподавателем в Тель-Авивском университете в 1983 году.

Впоследствии перешел в Институт Вейцмана, где был назначен старшим научным сотрудником в 1987 году, доцентом с постоянным контрактом в 1991 году и профессором в 1997 году. С 1996 по 2024 год занимал кафедру профессора Данна по квантовой оптике в Институте Вейцмана. На протяжении многих лет работал приглашенным профессором в университетах Орхуса в Дании, Ульма и Гейдельберга в Германии и Шанхая в Китае.

Вклад в науку

Измерения для зондирования и проектирования квантовых состояний и корреляций

Курицки и его коллеги исследовали измерение состояния одной из двух связанных квантовых систем как способ проектирования состояния другой. Они показали, что произвольные квантовые состояния светового луча могут быть спроектированы путем измерения атомов, связанных с ним или путем подсчета фотонов другого светового луча, коррелированного с ним. Они разработали методы измерения и количественной оценки квантовых корреляций того типа, который открыли Эйнштейн, Подольский и Розен (ЭПР) в холодных газах.

Квантовый Зенон и анти-Зено контроль

В начале 2000-х годов Курицки и его коллеги разработали теорию управления распадом и декогеренцией, которая использует два противоположных универсальных эффекта. Один из них — квантовый эффект Зенона (QZE) замедления распада, тогда как другой — его обратный эффект, анти-Зенона эффект (AZE) ускорения распада. Они показали, что оба эффекта, которые изначально считались вызванными частыми измерениями системы, возникают при любой форме частого управления. Их открытие возникновения AZE было сочтено нелогичным и названо «наблюдаемый горшок закипает быстрее». В их теории как QZE, так и AZE получены из универсальной формулы Кофмана-Куризки (KK) для управления распадом и декогеренцией, которая была экспериментально проверена в различных системах и повлияла на разработку стратегий управления в квантовой обработке информации. Эта формула показала, что QZE является ключом к защите квантовой информации от декогеренции, тогда как AZE может облегчить сброс открытой квантовой системы в ее исходное состояние после квантовой операции.

Управление квантовой термодинамикой

В 2008 году Курицки и коллеги продемонстрировали возможность контролировать температуру и энтропию открытых квантовых систем с помощью QZE и AZE: было показано, что QZE нагревает систему, а AZE охлаждает ее. Этот подход, называемый «частые измерения повышают температуру», использовался для охлаждения (очистки) тепловых ядерных спиновых ансамблей в твердых телах.

Курицки и его коллеги работали над термодинамикой квантовых систем под частым контролем. В рамках этого подхода они предложили (минимальную) квантовую тепловую машину или холодильник на основе одного двухуровневого атома. Они показали, что если энергия подается в двигатель нетепловой ванной, то эффективность двигателя может превзойти канонический предел Карно и не соответствовать второму закону термодинамики. Недавно они предложили тепловую машину на основе нелинейного оптического устройства, которая работает, в отличие от всех существующих тепловых машин, как полностью когерентная, замкнутая система.

Сила Казимира

В 2014 году писали: в вакууме постоянно рождаются и пропадают флуктуации — виртуальные фотоны. В частности, на этом основан эффект Казимира: две большие пластины в вакууме будут притягиваться тем сильнее, чем меньше между ними расстояние, — на них давят возникающие снаружи квантовые флуктуации, а изнутри противопоставить нечего, там помещаются только фотоны избранных длин волн, полностью укладывающихся в зазор. Схожий эффект может проявляться в системе из двух атомов. Если один из них породит фотон, который тут же поглотится вторым, закону сохранения энергии ничего не грозит, но состояние вакуума изменится, и возникнет притяжение.

Конечно, сила его очень мала, тем более что фотоны излучаются во всех направлениях. Но Эфраим Шахмун, Гершон Курицки и Игорь Мазец из Института Вейцмана и Венского технологического университета провели расчет и выяснили, что такую силу можно увеличить в тысячи раз. Более того, удается изменить закон взаимодействия: если обычно такая сила спадает пропорционально седьмой степени расстояния, то в придуманной ими системе — третьей, что несколько проще заметить. Секрет же в том, что атомы должны располагаться очень близко к линейному или пластинчатому проводнику: в этом случае виртуальные фотоны полетят только в одну сторону.

Разработка макроскопических сил с помощью квантовой электродинамики

Также в 2014 году Курицки и его коллеги показали, что макроскопические силы между диполями могут быть «спроектированы» путем управления геометрией квантовой вакуумной ванны, которая их ограничивает. Их примечательные открытия в рамках этого подхода включают генерацию гравитационно-подобных взаимодействий в ультрахолодных газах и гигантских дальнодействующих взаимодействий фотонов или диполей в волноводах. Это указывает на то, что квантовые электродинамические эффекты, обычно связанные с атомными масштабами, могут проявляться и контролироваться также в макроскопических масштабах.

Квантовые гибридные системы

В том же 2014 году Курицки разработал подход, который все чаще применяется в квантовой обработке информации: использование квантовых гибридных систем, состоящих из различных модулей, каждый из которых выполняет определенную задачу, соответствующую выгодной функциональности этого модуля.

Квантовое шумовое зондирование под контролем

В 2016 году Курицки и его коллеги разработали подход к квантовому считыванию, который ускользает от обычных определений сигнала и шума. В отличие от традиционного считывания, направленного на подавление шума при сохранении сигналов без шума, их считывание фокусируется на шуме, вызванном ванной, записанном квантовым зондом под частым контролем. Они показали, что такой шум несет информацию, которая может идентифицировать процессы, генерирующие шум. Этот подход к считыванию шума находит все большее применение в биомедицинской диагностике. Их разговорное резюме этого подхода — «ванна скорее друг, чем враг».

Семья

Женат и имеет двоих сыновей, Нахам (р. 1978) и Йодан (р. 1986).

Книги

• Gershon Kurizki, Goren Gordon, Illustrations by Goel Etzion. The Quantum Matrix (Oxford University Press, 2020)
• Gershon Kurizki, Abraham G. Kofman. Thermodynamics and Control of Open Quantum Systems (Cambridge University Press, 2022)

Статьи

• Kofman, A.G.; Kurizki, G. (2001). "Universal dynamical control of quantum mechanical decay: modulation of the coupling to the continuum". Physical Review Letters. 87 (27): 270405.
• Kofman, A.G.; Kurizki, G. (2000). "Acceleration of quantum decay processes by frequent observations". Nature. 405 (6786): 546–550.
• Erez, N.; Gordon, G.; Nest, M.; Kurizki, G. (2008). "Thermodynamic control by frequent quantum measurements". Nature. 452 (7188): 724–727.
• Dasani, D.B.R.; Yang, S.; Chakrabarti, A.; Finkler, A.; Kurizki, G.; Wrachtrup, J. (2022). "Anti-Zeno purification of spin baths by quantum probe measurements". Nature Communications. 13 (1): 7527.
• Ghosh, A.; Gelbwaser-Klimovsky, D.; Niedenzu, W.; Lvovsky, A.I.; Mazets, I.; Scully, M.O.; Kurizki, G. (2018). "Two-level masers as heat-to-work converters". Proceedings of the National Academy of Sciences. 115 (40): 9941–9944.
• Gelbwaser-Klimovsky, D.; Alicki, R.; Kurizki, G. (2013). "Minimal universal quantum heat machine". Physical Review E. 87 (1): 012140.
• Niedenzu, W.; Mukherjee, V.; Ghosh, A.; Kofman, A.G.; Kurizki, G. (2018). "Quantum engine efficiency bound beyond the second law of thermodynamics". Nature Communications. 9 (1): 165.
• Opatrný, Tomáš; Bräuer, Šimon; Kofman, Abraham G.; Misra, Avijit; Meher, Nilakantha; Firstenberg, Ofer; Poem, Eilon; Kurizki, Gershon (2023). "Nonlinear coherent heat machines". Science Advances. 9 (1): eadf1070.
• Zwick, A.; Álvarez, G.A.; Kurizki, G. (2016). "Maximizing Information on the Environment by Dynamically Controlled Qubit Probes". Physical Review Applied. 5 (1): 014007.
• Kurizki, G.; Bertet, P.; Kubo, Y.; Mølmer, K.; Petrosyan, D.; Rabl, P.; Schmiedmayer, J. (2014). "Quantum technologies with hybrid systems". Proceedings of the National Academy of Sciences. 112 (13): 3866–3873.
• O'Dell, D.; Giovanazzi, S.; Kurizki, G.; Akulin, V.M. (2000). "Bose-Einstein Condensates with 1/r Interatomic Attraction: Electromagnetically Induced "Gravity"". Physical Review Letters. 84 (25): 5687–5690.
• Shahmoon, E.; Mazets, I.; Kurizki, G. (2014). "Giant vacuum forces via transmission lines". Proceedings of the National Academy of Sciences. 111 (29): 10485–10490.
• Garraway, B.M.; Sherman, B.; Moya-Cessa, A.; Knight, P.L.; Kurizki, G. (1994). "Generation and detection of nonclassical field states by conditional measurements following two-photon resonant interactions". Physical Review A. 49 (1): 535–547.
• Opatrný, T.; Kurizki, G.; Welsch, D.G. (2000). "Improvement on teleportation of continuous variables by photon subtraction via conditional measurement". Physical Review A. 61 (3): 032302.
• Opatrný, T.; Kurizki, G. (2001). "Matter-Wave Entanglement and Teleportation by Molecular Dissociation and Collisions". Physical Review Letters. 86 (14): 3180–3183.