Kvanteoptikklaboratoriet ved Fysisk institutt, Universitetet i Oslo, ble utpekt som et av satsningsområdene til Det matematisk naturvitenskapelige fakultet i 2007, nærmere bestemt som en "Nyetablering". Det ble gitt en grunnbevilgning da, og det er gitt økonomisk støtte fra Fysisk institutt i årene etterpå. Sammen med inntekter gjennom oppdragsforskning er det nå brukt mer enn 1.5 millioner kroner på laboratoriet. Dette er en god begynnelse som gir grunnlag for forskning av tilfredsstillende kvalitet. Vi mener at tiden nå er moden for eksperimenter der resultatene er publiseringsverdige internasjonalt.
Samtidig må man innse at laboratoriet er meget lite, og har svært begrensede økonomiske midler, internasjonalt sett. Vi kan derfor ikke gå inn på den mest aktive forskningsfronten, slik man f.eks. kan ved Quantop-laboratoriet ved Niels Bohr instituttet i København og tilsvarende laboratorier rundt om i verden. Quantop har et årsbudsjett om lag 50-100 ganger det budsjettet Kvanteoptikklaboratoriet hittil har hatt ved Fysisk institutt, UiO.
Ved Kvanteoptikklaboratoriet ved UiO må vi velge nisjer i forskningen der vi kan gjøre nytte for oss uten de mest avanserte og kostbare eksperimentelle oppstillingene. Vi har valgt å konsentrere oss om bølge-partikkel-dualismen og ulike former for beskrivelser av lys; problemstillinger som ligger temmelig nær opp til såkalte "grunnlagsproblemer i fysikken" (gjerne knyttet til kvantefysikk). I den sammenheng må man være seg bevisst realisme, positivisme og andre problemstillinger i gråsonen mellom fysikk og filosofi.
Arbeidet med laboratoriet startet meget forsiktig høsten 2005. Først måtte vi skaffe oss eksperimentell erfaring, siden eksperimentell kvanteoptikk er en form for "håndtverk". Av den grunn hospiterte Arnt Inge Vistnes noen dager annenhver uke høsten 2005 i kvanteoptikklaboratoriet til Mohamed Bourennane ved Fysikum, Stockholm Universitet for å starte på opplæringen i det praktiske. Videre tilbrakte Vistnes et sabbatsår (høsten 2006/våren 2007) hos prof. Eugene Polzik, Quantop, et kvanteoptikklaboratorium ved Niels Bohr instituttet ved København universitet. Det er en svært trivelig gjeng med til dels meget høy kompetanse som jobber ved Quantop, og sabbatsåret var meget nyttig.
Våren 2007 ble vårt nye kvanteoptikklaboratorium utnevnt som "nyetableringsmiljø" ved Det Matematisk-Naturvitenskapelige Fakultet ved UiO (detaljer gitt her). Med god støtte fra Fysisk institutt og Fakultetet, er det nå kjøpt inn mange av de kostbare enhetene vi trenger, og vi har fått satt laboratoriet i stand også mhp vann, luft, lys, samt fått skilt av et ordentlig rom fra et langt større opprinnelig rom. All spesiell støvdannende virsomhet ble avsluttet i begynnelsen av september, og vi fjernet plasttildekningen over det optiske bordet 11. september 2007 og fikk satt laseren på plass og kontrollert at den fungerer. Sakte, men sikkert vil vi bygge ut strålegangen og gjøre klar for de eksperimentene vi skal starte med.
Siden september 2007 er det satt opp mer og mer utstyr på det optiske bordet. Halve oppsettet for å produsere sammenfiltrede fotoner ("entangled photons" på engelsk) er på plass. Vi har valgt en nyere teknikk for å produsere de sammenfiltrede fotonene enn opprinnelig tenkt (og budsjettert med). Vi forventer derfor å få en større virkningsgrad i foton-konverteringene, og det gir rom for langt flere eksperimenter enn den minimumsmodellen vi opprinnelig gikk for. Ulempen er at den nye løsningen kostet mer.
Vi har også etablert et bra oppsett for måling av koherenslengder for lys i intervallet 1 mikrometer til 100 cm. Målinger av koherenslengder har inngått i kurset FYS3180 og vi har også gjennomført oppdragsforskning for Sintef der vi bruker mye av det samme oppsettet, men med to ulike lyskilder samtidig, for nøyaktige måling av stephøyder.
August 2008 startet den første masterstudenten sitt arbeid i laoratoriet (Borys Jagielski). I sin oppgave har han først og fremst gjort en litteraturstudie relevant for laboratoriets interesseområder. Han har også gjort en del eksperimentelt arbeid der han har studert fotonstatistikk og undersøkt om man kan påvise antikorrelasjon (antibunching) for laserlys som er dempet så mye at registreringen skjer på såkat en-foton-nivå. Borys' masteroppgave er tilgjengelig her.
Laboratoriet har fått tildelt en stipendiatstilling fra tidlig høst 2009, og det vil medføre en kraftig oppgradering av innsatsen. Grunnen er at Arnt Inge Vistnes er mye opptatt med undervisning og administrative oppgaver, og har hatt alt for lite tid i laboratoriet. Undervisningsfri høsten 2009 vil forhåpentligvis avhjelpe dette prolemet en god del. I august startet også Johanne Lein sin eksperimentelle del av sin masteroppgave, og hun vil arbeide med flere problemstillinger knyttet til bølge-partikkeldualismen, bl.a. analyse av koherenslengder som funksjon av lysintensitet.
Generelt sett vi i vårt nye kvanteoptikklaboratorium ved Fysisk institutt, Universitetet i Oslo, konsentrere oss de første årene om den grenen av kvanteoptikk hvor man lager ulike former for kvantetilstander av lys og studerer deres egenskaper nøye. Spesielt vil vi gjennomføre og undersøke nærmere en del nøkkeleksperimenter knyttet til såkalt koherens og sammenfiltring. Vi vil forsøke å gå litt kritisk gjennom hvilke ord og begreper som benyttes i klassisk såvel som kvantemekanisk beskrivelse av eksperimentene, blant annet i et forsøk på å få en klarere forståelse av bølge-partikkel-dualismen. Eksperimentelle resultater vil måtte sammenholdes også med litt teori. Vi ønsker å anvende tidsavhengig teori, såvel klassisk som kvantemekanisk, sammen med den mer tradisjonelle beskrivelsen basert bare på energiegentilstander. Vi ser for oss at numeriske beregninger kan komme godt med for å få en bedre forståelse av fenomenene vi betrakter. Men alt dette kan ikke gjøres på én gang, så vi vil nok satse mest på det rent eksperimentelle det første året i alle fall.
Her er det planen at vi vil komme med en slags "blog" for å vise hvordan arbeidet skrider fram på labben. Følg med!
Foto er fra Quantop, Niels Bohr instituttet, København universitet |