Når den aarhusianske professor Klaus Mølmer beskriver sin forskning til lægfolk, siger han, at han ”cykler i en kvantemekanisk verden”. En verden, der fascinerer ham med dens hjernevridende paradokser og fundamentale betydning for fysikken. Fascinationen har gjort ham til en international anerkendt forsker inden for den teoretiske fysik med blandt andet kvanteoptikken som speciale.

Den 23. januar bliver han belønnet for sin forskningsindsats med Villum Kann Rasmussens Årslegat til Teknisk og Naturvidenskabelig Forskning.   

– Det er helt fantastisk. Det er måske svært at forstå, hvis man ikke selv arbejder med at få indtægter og udgifter i forskningsprojekter til at gå op, men årslegatet kan give mig ro i sjælen de næste mange år, fordi jeg kan bruge det som en slags smøreolie til at få mine projekter til at hænge sammen, siger Klaus Mølmer om forskerprisen på 2.500.000 kroner fra VILLUM FONDEN.

Det er tredje gang på fire år, at en AU-professor får prisen. I 2011 gik den til datalogiprofessor Christian Søndergaard Jensen, mens matematikprofessor Eva Bjørn Vedel Jensen tog legatet hjem i 2009. Prisen uddeles årligt til en dansk forsker som en anerkendelse for en særlig værdifuld forskningsindsats.

Forskning bygger på Niels Bohr

Klaus Mølmer satte sit første aftryk på den moderne fysik i starten af 90’erne, da han sammen med to franske forskere udviklede den såkaldte Monte Carlo-bølgefunktion. På det tidspunkt var man begyndt at erkende, at det var nødvendigt med en praktisk beskrivelse af, hvordan målinger påvirker partikler i kvanteverdenen. En partikel kan f.eks. ikke observeres, uden at man ”forstyrrer” den.

I Monte Carlo-bølgefunktionen bidrager Klaus Mølmer og hans kollegaer med en sådan beskrivelse, samtidigt med at de genindfører Niels Bohrs berømte kvantespring i kvantemekanikken.

Bohr opfandt i 1913 kvantespringet som en beskrivelse af, hvordan elektroner springer mellem to baner omkring atomkernen og udsender den overskydende energi som lys.

– Da kvantemekanikken fremkom i 1920’erne, erstattede den Bohrs atommodel og beskrev, hvordan atomet udsender lys støt og roligt i stedet for i pludselige spring. I vores teori springer elektronen igen, men nu sker det, fordi vi ser lyset – det abrupte kvantespring finder sted som en konsekvens af målingerne. Så føler man pludselig, at man 100 år efter er i dialog med Bohr, smiler Klaus Mølmer.

Og det er i anvendelsen af teorien, at den kvantemekaniske cykeltur kommer ind.

– Når du kører på cykel, forudsiger du ikke fra starten af turen, hvordan du skal bevæge dig for at holde balancen under hele turen. I stedet registrerer du undervejs, om du er ved at vælte, og retter så op. På samme måde prøver vi at styre en partikels bevægelse i kvanteverdenen. Men her bliver det meget spændende, fordi vi bare ved at måle på partiklen forstyrrer den, og det skal tages med i beregningen, hvis vi vil rette den op ligesom cyklen. Vi har endda fundet eksempler, hvor forstyrrelserne er nok. Det vil sige, at vi kan styre en eller flere mikroskopiske partikler alene ved at måle på dem. 

I dag bruges Klaus Mølmers arbejde både teoretisk og eksperimentelt over hele verden, blandt andet i arbejdet med at udvikle kvantecomputere.

Se Klaus Mølmer fortælle om prisens betydning for sin forskning.

Brudebuketter og violinstrenge sælger kvantefysikken

Det er ikke nogen tilfældighed, at Klaus Mølmer lægger ud med en cykel-analogi. Han har flere af den slags i ærmet som ligheden mellem brudebuketter og kvantecomputere eller violinstrenge og bølgefunktioner. De indgår i hans mange foredrag for Folkeuniversitetet, på gymnasier, i bogen Kvantemekanik: Atomernes vilde verden, og når journalisterne ringer.

Klaus Mølmer er en begejstret og entusiastisk formidler, der ikke lader sig bremse af, at kvantemekanikken for mange er et intellektuelt maratonprojekt.

– Der er selvfølgelig en fare for, at man guider folk et helt forkert sted hen, når man bruger de billeder. Men den egentlige matematiske beskrivelse, som jeg selv benytter i min forskning, lader sig slet ikke formidle, så jeg er nødt til at oversætte, siger Klaus Mølmer og afslører, at han gør nøjagtig det samme foran fysikkollegaerne.

Han har f.eks. en gang brugt den samme PowerPoint-præsentation foran en flok 2.g’er og til et foredrag på Niels Bohr Institutet. 

– Jeg brugte nogle andre ord, men materialet var det samme, fortæller Klaus Mølmer.

– Det er jo de samme kneb, der får både fagfæller og gymnasieelever til at huske foredraget. Men det har også noget med personlig stil at gøre. Jeg er måske som en flue i en flaske, der bruger både arme og ben, men jeg har også store forbilleder, der formidler klart og præcist helt uden fjollede analogier.

Forsker i mødet mellem lys og atomer

I dag er Klaus Mølmers største ekspertise inden for kvanteoptik. En videnskab, hvor man undersøger og bruger lysets egenskaber på kvanteniveau.

Hele kvantefysikken udsprang i sin tid af lysforskningen, da Max Planck i år 1900 fremsatte den teori, at lys ikke blot er elektromagnetisk stråling, men består af små energipakker kaldet kvanter eller fotoner. Altså er lys både bølger og partikler, og det fænomen er nemt at illustrere eksperimentelt. Lys kan derfor bruges som en slags forsøgskanin til at undersøge kvantemekanikkens paradokser, fortæller Klaus Mølmer.

– Det at detektere lys er en fantastisk kilde til information, som når astronomerne lærer om himmelrummet gennem baggrundsstrålingen, eller fysikerne bruger laserlys til præcisionsmålinger. Og så er lys jo en del af den moderne teknologi: fra atomure til cd-afspillere, siger Klaus Mølmer om, hvorfor præcise teorier for fotonernes opførsel er nødvendig.  

Holdspiller frem for enmandshær

Selv om prisen gives til Klaus Mølmer som person, tager han den som en cadeau til hele sit team af studerende og forskere.

– Mine forskningsresultater har ikke været enmandspræstationer. Jeg ville slet ikke synes, det var sjovt at være forsker, hvis det var tilfældet. Min ping-pong med super dygtige eksperimentalfysikere og teoretiske kolleger er altafgørende for værdien af mit arbejde med blyant og papir. 

– Myten om forskeren i elfenbenstårnet ligner mere og mere en myte, fastslår den moderne videnskabsmand Klaus Mølmer.

Om Klaus Mølmer

Klaus Mølmer er 48 år gammel. Han er uddannet fysiker fra Aarhus Universitet, hvor han fik sin ph.d.-grad i 1990. Han blev ansat ved universitetet som lektor allerede i 1991 og har siden 2000 været professor ved Institut for Fysik og Astronomi ved Aarhus Universitet. I 2003 blev Klaus Mølmer udnævnt til adjungeret professor ved Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet.

Klaus Mølmers forskerkarriere er karakteriseret ved et omfattende internationalt samarbejde med flere forskningsophold ved udenlandske universiteter og forskningsinstitutioner. Han har gennem årene besat en række tillidshverv, blandt andet som medlem af redaktionskomitéen af det prestigefyldte tidsskrift Physical Review Letters. Han er medlem af både europæiske og amerikanske forskernetværk inden for kvanteoptik og kvanteinformation. Klaus Mølmer er desuden medlem af Det Kongelige Danske Videnskabernes Selskab, og han har modtaget en række danske forskerpriser.

Klaus Mølmer har ved sin fremragende og nyskabende forskning blandt andet bidraget til anvendelse af forskningen i omfattende præcisionsmålinger ved hjælp af atomure samt udnyttelser til datakommunikation og databehandling, herunder anvendelse af kvantecomputere. Forskningen har specielt haft fokus på studiet af atomare systemers vekselvirkning med lys. Klaus Mølmer har blandt andet udformet teorier for henfald og dæmpning af mikroskopiske, kvantemekaniske systemer, nedbremsning af atomer ved hjælp af laserlys, dynamik for ultra-kolde gasser, kvantemekaniske computere og for måleprocessens særlige betydning og anvendelsespotentiale i kvantefysikken.

Klaus Mølmer er født i Vejle, er gift og har to døtre.

Kontakt

• Professor Klaus Mølmer, tlf. 8715 5641, e-mail moelmer@phys.au.dk
• Institutleder Lars Henrik Andersen, tlf. 8715 5594, e-mail lha@phys.au.dk
• VILLUM FONDEN, Lennart Rasmussen, tlf. 3957 0992, e-mail LRA@veluxfondene.dk