|
|
 |
| PROGRAM |
| WYKŁADY |
Fizyka kwantowa zrewolucjonizowała sposób, w jaki postrzegamy świat – zarówno w wymiarze technologicznym, jak i filozoficznym. Otworzyła drogę do powstania współczesnej elektroniki, laserów, półprzewodników i wielu innych technologii, które stały się podstawą naszej cywilizacji. Jednocześnie zmusiła nas do całkowicie nowego spojrzenia na naturę rzeczywistości, w której pojęcia takie jak przypadek, nieoznaczoność czy informacja nabrały fundamentalnego znaczenia. W trakcie wykładu przyjrzymy się najważniejszym etapom rozwoju fizyki kwantowej – od odkrycia kwantów światła, poprzez zasadę komplementarności i dualizm korpuskularno-falowy, aż po zjawisko splątania kwantowego. To właśnie te odkrycia doprowadziły do narodzin nowej idei: obliczeń kwantowych, które łączą w sobie fizykę, matematykę i informatykę w niezwykle obiecującą dziedzinę badań. Omówię, czym naprawdę są, a czym nie są komputery kwantowe – obalając kilka popularnych mitów – oraz jakie stoją przed nimi wyzwania technologiczne i teoretyczne. Wykład będzie transmitowany na YouTube: youtube.com/live/Y6HkkYIpjvg
Technologie kwantowe (TK) to technologie, których podstawą działania są prawa i zjawiska mechaniki kwantowej. Hipoteza de Broglie'a (1924) oraz prace Heisenberga (1925) i Schrödingera (1926) zapoczątkowały rozwój TK pierwszej generacji (1.0) począwszy od skonstruowania diod LED (1927) i mikroskopów elektronowych (1931). Sztandarowe przykłady TK 1.0 obejmują też lasery, diody i tranzystory tunelowe, panele słoneczne, czy też powszechnie stosowane metody obrazowania medycznego takie jak: tomografia magnetycznego rezonansu jądrowego (MRI) (przez lekarzy zwana potocznie ,,rezonansem"), tomografia funkcjonalnego magnetycznego rezonansu jądrowego (fMRI) oraz pozytonowa tomografia emisyjna (PET) wykorzystująca anihilację materii z antymaterią. TK drugiej generacji (2.0) wykorzystują zasady mechaniki kwantowej, takie jak superpozycja stanów (tzw. koty Schrödingera) i splątanie kwantowe (przewidziane przez Einsteina i nazwane przez niego ,,upiornym oddziaływaniem na odległość"), których pierwsze doświadczalne obserwacje zostały uhonorowane Nagrodami Nobla odpowiednio w latach 2012 i 2022. W tej generacji technologii wykorzystuje się również makroskopowe tunelowanie kwantowe w obwodach elektrycznych (nagrodzone tegoroczną Nagrodą Nobla) oraz ściskanie światła, a nawet ściskanie próżni, które zostało wykorzystane w najnowszych obserwacjach fal grawitacyjnych – fal czasoprzestrzennych przewidzianych przez Einsteina w ogólnej teorii względności – przy użyciu interferometrów LIGO w USA i Virgo we Włoszech. Pierwsza detekcja fal grawitacyjnych przez LIGO została nagrodzona Nagrodą Nobla w 2017 roku. TK 2.0 mają potencjał zrewolucjonizować wiele dziedzin, w tym metrologię, obliczenia, komunikację, medycynę i nauki przyrodnicze. Będą omówione pokrótce kwantowe komputery, kryptografia i komunikacja kwantową, sensory kwantowe oraz symulacje kwantowe.
| 12:00-15:00 POKAZY I DOŚWIADCZENIA |
Zanurz się w świecie kwantów przez popularne klocki! W specjalnej wersji Minecrafta poznasz podstawowe zasady mechaniki kwantowej, takie jak superpozycja stanów i pomiar kwantowy, w interaktywny i zabawny sposób. To wyjątkowa okazja, by zrozumieć, czym różni się świat kwantowy od klasycznego, budując i eksperymentując w cyfrowej rzeczywistości. Miejsce pokazu: hol
Interaktywna symulacja pozwalająca sterować wiązkami światła w interferometrze Macha-Zehndera – urządzeniu pokazującym falową naturę światła. Eksperymentuj z dzielnikami wiązki i zwierciadłami, obserwując powstawanie wzorów interferencyjnych, które są kluczem do zrozumienia kwantowych właściwości fotonów. Zobacz na własne oczy, jak pojedyncze cząstki światła mogą zachowywać się jak fale i interferować same ze sobą. Informacje szczegółowe: https://github.com/barkol/mzi Miejsce pokazu: hol
Virtual Lab to nagradzana platforma internetowa umożliwiająca projektowanie i symulowanie prawdziwych eksperymentów kwantowych bez dostępu do laboratorium. Za pomocą interaktywnego interfejsu można budować układy optyczne z luster, dzielników wiązki, kryształów i detektorów, a następnie obserwować zachowanie fotonów zgodnie z prawami mechaniki kwantowej. To narzędzie wykorzystywane przez naukowców i studentów na całym świecie do nauki i badań nad kwanowymi stanami światła. Informacje szczegółowe: https://quantumflytrap.com Miejsce pokazu: hol
Zajrzyj do wnętrza materii i zobacz, jak atomy „rozmawiają” w polu magnetycznym! Jądrowy rezonans magnetyczny (ang. NMR) to zjawisko oparte na kwantowych własnościach jąder atomowych, które zachowują się jak maleńkie magnesy. Gdy umieścimy je w silnym polu magnetycznym i potraktujemy falami radiowymi, ich stany kwantowe ulegają zmianie w sposób, który można wykryć. To właśnie te kwantowe przejścia pozwalają nam „zajrzeć” do wnętrza materii — od cząsteczek chemicznych po ludzkie tkanki. Technologia NMR leży u podstaw medycznego rezonansu magnetycznego (MRI), jednego z najważniejszych narzędzi diagnostycznych współczesnej medycyny. Miejsce pokazu: salka wykładowa
Poznaj promieniowanie, które odkryło wnętrze człowieka i naturę kwantów! Promieniowanie rentgenowskie to forma światła o bardzo wysokiej energii, której nie widać gołym okiem, ale która potrafi przenikać przez ciało. Jego powstawanie i oddziaływanie z materią tłumaczy fizyka kwantowa — fotony rentgenowskie wybijają elektrony z atomów, ujawniając ich strukturę. Dzięki temu możemy zobaczyć wnętrze obiektów, od kości po kryształy. Pokaz RTG pozwala zrozumieć, jak kwantowa natura światła pomaga nam odkrywać to, co zwykle niewidoczne. Miejsce pokazu: salka wykładowa
Odkryj, jak niestabilne jądra zdradzają tajemnice czasu i energii! Izotopy to atomy tego samego pierwiastka, które różnią się liczbą neutronów w jądrze. W fizyce kwantowej opisujemy ich stabilność i przemiany za pomocą zasad mechaniki kwantowej dotyczących energii i prawdopodobieństwa. Niektóre izotopy są promieniotwórcze — ich jądra spontanicznie się rozpadają, emitując cząstki lub promieniowanie. Dzięki zrozumieniu tych procesów możemy datować zabytki, badać procesy w gwiazdach czy leczyć nowotwory. Miejsce pokazu: salka wykładowa
Zobacz, jak światło samo ze sobą prowadzi kwantowy taniec fal! Interferometr Michelsona to urządzenie, które pokazuje falową naturę światła — jedno z kluczowych odkryć prowadzących do narodzin fizyki kwantowej. Dzieląc wiązkę światła na dwie części i łącząc je ponownie, możemy obserwować wzory interferencyjne, które powstają w wyniku nakładania się fal. To delikatne zjawisko pozwala mierzyć odległości z niezwykłą precyzją — nawet ułamki długości fali światła. W fizyce kwantowej podobne eksperymenty dowiodły, że nie tylko światło, ale także cząstki materii mają naturę falową. Miejsce pokazu: salka wykładowa
Rozszczepienie światła białego odsłania jego niezwykłe bogactwo barw – ciągłe widmo, obejmujące wszystkie długości fal z zakresu widzialnego (od fioletu po czerwień). Inaczej wygląda widmo promieniowania emitowanego przez rozrzedzone gazy uprzednio wzbudzone wyładowaniem elektrycznym. Wówczas obserwujemy je w postaci barwnych, ostrych linii spektralnych tworzących widmo emisyjne. Takie liniowe widma zdradzają obecność charakterystycznych przejść elektronowych w poszczególnych pierwiastkach, stanowiąc swoisty „odcisk palca” i pozwalając na ich identyfikację. W naszym pokazie odkryjemy tajemnice światła i materii zapisane w widmach – od klasycznych doświadczeń z pryzmatem i siatką dyfrakcyjną po obserwację emisyjnych widm różnych gazów w rurkach Geisslera, wspominając również o ważnej roli widm absorpcyjnych. Miejsce pokazu: Salka wykładowa
Fizyka kwantowa na Twoim dachu? Efekt fotoelektryczny to zjawisko wzbudzenia elektronów na skutek absorpcji promieniowania elektromagnetycznego. W prezentowanym efekcie fotoelektrycznym wewnętrznym elektrony nie zostaną wyemitowane na zewnątrz ciała stałego, a pozostaną w nim, przechodząc do pasma przewodnictwa. Pokazany zostanie układ fotowoltaiczny, w którym oświetlimy panele krzemowe światłem widzialnym. Powstałe napięcie posłuży do zasilenia prostych urządzeń. Będzie to krótka historia o tym jak nagroda Nobla po stu latach trafiła pod strzechy. A raczej - na strzechy. Miejsce pokazu: Salka wykładowa
Quantum Express – Pociąg Schrödingera to efektowne doświadczenie fizyczne prezentujące zjawisko lewitacji magnetycznej i nadprzewodnictwa kwantowego. W eksperymencie wykorzystuje się nadprzewodnik schłodzony ciekłym azotem, który unosi się nad torami wykonanymi z magnesów neodymowych. Dzięki tzw. zjawisku efektu Meissnera oraz pułapkowaniu strumienia magnetycznego, nadprzewodnik może „zawiesić się” w powietrzu i poruszać się płynnie po torze — niczym miniaturowy pociąg przyszłości. Nazwa „Pociąg Schrödingera” nawiązuje do słynnego paradoksu kota Schrödingera – symbolu niezwykłych i pozornie sprzecznych z intuicją efektów świata kwantowego. To widowiskowe doświadczenie pokazuje, jak prawa mechaniki kwantowej mogą znaleźć praktyczne zastosowanie w technologiach takich jak kolej magnetyczna (maglev) czy nadprzewodzące układy elektroniczne. Miejsce pokazu: hol
Zanurz się w tajemniczy świat cząstek, których nie widać gołym okiem! W doświadczeniu z komorą mgłową zobaczysz prawdziwe ślady pozostawiane przez cząstki promieniowania kosmicznego i atomowego – niczym odciski palców kwantowego świata. To niezwykłe widowisko pozwoli Ci dosłownie zobaczyć niewidzialne i poczuć, jak fascynująca potrafi być fizyka cząstek elementarnych. Każdy ślad to dowód, że mikroskopijny, niewidzialny świat nieustannie przenika naszą rzeczywistość. Dzięki temu doświadczeniu zrozumiesz, że nauka to nie tylko równania i liczby, ale również piękno i tajemnica ukryta w ruchu najmniejszych cząstek. Miejsce pokazu: Salka wykładowa
Przygotuj się na spotkanie z nauką, która dosłownie zamraża światło! W tym widowiskowym doświadczeniu zobaczysz, jak diody LED zanurzone w ciekłym azocie zmieniają swój kolor i intensywność świecenia pod wpływem ekstremalnie niskiej temperatury. Dowiesz się, jak temperatura wpływa na zjawiska kwantowe w półprzewodnikach, czyli materiałach, z których zbudowane są wszystkie współczesne układy elektroniczne. To fascynująca podróż od ciepła codziennego światła po lodowate głębiny fizyki kwantowej. Miejsce pokazu: Salka wykładowa
Od wizualizacji do budowania światów AI/3DXR. Uczymy się fizyki z równań i wykresów, ale co by było, gdybyśmy mogli użyć jej praw do budowania całych wirtualnych światów? Nasza prezentacja przedstawi, jak ta wizja staje się rzeczywistością dzięki połączeniu technologii 3DXR oraz AI. Pokażemy, jak wygląda proces budowania światów w Rzeczywistości Rozszerzonej (XR) za pomocą narzędzi takich jak Blender i Unity. Wyjaśnimy, jak wbudowane w nie silniki fizyki wraz z ich rozszerzeniami stają się fundamentalnym zestawem reguł, który decyduje o grawitacji, dynamice, zjawiskach kwantowych, pozwalając tworzyć symulacje zgodne z prawami fizyki. Następnie przedstawimy, jak Asystent AI – działający w oparciu o nasz framework – staje się partnerem w tym kreatywnym procesie. Pokażemy, jak może on pomagać w projektowaniu obiektów 3D oraz trenowaniu innych modeli AI w wirtualnych symulatorach. Na koniec wyjaśnimy, jak te światy XR ożywają, zacierając granicę między teorią a doświadczeniem. To podróż od pasywnego obserwatora do aktywnego architekta cyfrowych rzeczywistości. Miejsce pokazu: Salka wykładowa
Wydział Fizyki i Astronomii Uniwersytetu im. Adam Mickiewicza w
Poznaniu
|
|
|
|
