Istraživačke jedinice – Stranica 2

Quantum entanglement of photons and Bell theorem test at CEMS

29. 10. 2018. Fotonika i kvantna optika

Sadržaj nije dostupan na hrvatskom For the sake of viewer convenience, the content is shown below in the alternative language. You may click the link to switch the active language.

Photonics and Quantum Optics Research Unit of Center of Excellence for Advanced Materials and Sensors at the Ruđer Bošković Institute announces realization and measurement of quantum entanglement of photon pairs. The experimental setup is schematically shown in the figure. A 405 nm wavelength purple laser beam is fed into Sagnac interferometer containing a periodically-poled crystal of potassium titanil-phosphate (PPKTP), schematically shown below on the left. The actual setup is shown on the right. Thanks to the nonlinear optical nature of the crystal and the specifically selected orientation of its lattice axes, some of the purple photons undergo a process of spontaneous parametric downconversion and thus split into a pair of infrared photons that are quantum entangled in polarization. Quantum entanglement of photons was evaluated in two ways.

First, we measured correlation of polarization of paired photons. To that end, each photon is sent to one of the polarization-measuring stations, named Alice and Bob. The actual setup is shown below. Alice and Bob are each realized as a polarizer mounted on computer-controlled, motorized mount, followed by an optical-fiber-coupled photon detector, as shown in the photo of the actual setup.

Alice can measure polarization along one of 4 special orientations (horizontal (H), vertical (V), diagonal (D) and anti-diagonal (A)). For each of the Alice’s orientations, Bob rotates his polarization analyzer for a full circle and they evaluate probability of measuring a photon polarization along their respective orientation, as a function of Bob’s analyzer angle. The probability forms a sinusoidal fringe, as shown in the figure below. Visibility greater than 50% for all 4 fringes is not possible if photons in a pair have predetermined polarizations. On the other hand, if photons are entangled, then visibility of all 4 fringes can reach the theoretical maximum of 100%. With our source we have obtained: V_H= (99,8 +/- 0,6) %, V_V= (99,7 +/- 0,4) %, V_D= (98,5 +/- 0,4) %, V_A= (98,3 +/- 0,4) %, as shown in the figure, which indicates near-maximal entanglement of photons.

We also used the Bell’s theorem and performed measurement of Clauser, Horne, Shimony, Holt (CHSH) parameter S, to test the CHSH form of Bell’s inequality. Classical physics predicts S ≤ 2, while quantum physics allows 2 < S ≤ 2√2 ≈ 2.828. We have experimentally obtained the value of S = 2,803 +/- 0,007 which is more than 114 standard deviations greater than the maximum value of 2 allowed by classical physics, again indicating the near-maximal entanglement.

These results demonstrate the non-local behaviour of quantum-entangled photon pairs, which is that the measurement of polarization performed on one photon has an immediate impact on the result of measurement of polarization on the other photon.

Pregled organiziranih i buducih konferencija

26. 10. 2018. Fizika i tehnologija ionskih snopova

Laboratorij za interakcije ionskih snopova ima bogato iskustvo organiziranja međunarodnih znanstvenih skupova iz područja razvoja i primjena metoda analize i modifikacije materijala, kao i povezanih akceleratorskih i detektorskih tehnologija. Od formiranja Znanstvenog centra izvrsnosti CEMS, u sklopu istraživačke jedinice: Fizika i tehnologija ionskih snopova organizirano je ili je u planu organizacije niz istaknutih međunarodnih skupova.

Izravna foto-kapacitivna neurostimulacija organskim pigmentima

03. 05. 2018. Novi funkcionalni materijali, Istraživačke jedinice

Lokalizirana stimulacija neurona na siguran i učinkovit način važna je u istraživanjima kao i za terapijske svrhe. Trenutno dostupna rješenja utemeljena na mikro- i nano-elektrodama, kao i na platformama za dostavu iona za električnu komunikaciju s neuronima dovela su do bioelektroničkih terapija, te otvorila novi prozor istraživanja u neuro-znanostima. Bitno ograničenje ovoga pristupa je potreba dovođenja električnog signala žicama do elektroda na mjestu neurostimulacije. Motivacija za bežičnim pristupom do mjesta stimulacije dovela je do optogenetičkih pristupa, za što je nužno genetski modificirati ciljane neurone za ekspresiju svjetlosno osjetljivih ionskih kanala. Konvencionalni pristupi rješavanju problema bežičnog dovođenja signala koji ne uključuje genetsku modifikaciju uključuju foto-električnu stimulaciju u kojoj su silicijeve sunčeve ćelije mikrometarskih dimenzija vezane sa elektrodama za pobudu neurona. Ova rješenja koriste se u kliničkoj primjeni kao umjetne mrežnice koje se ugrađuju slijepim pacijentima sa oštećenim fotoreceptorima u mrežnici.

Elektroda za izravnu fotokapacitivnu stimulaciju a) i d) raspodjela električnog potencijala oko elektrode izrađene od b) organskih pigmenata p-tima (H2PC) i n-tipa (PTCDI). c) Energijski dijagram elektrode, e) shematski prikaz rada elektrode.

Novi pristup električnoj pobudi neurona dolazi iz Laboratorija za organsku elektroniku sa Sveučilišta u Linköpingu u Švedskoj. Znanstvenici u grupi prof.dr. Erica Glowackog, u kojoj kao poslijedoktorand sudjeluje i član CEMS-a Vedran Đerek, predstavili su novi pristup foto-električnoj pobudi neurona kod koje se koriste tanki slojevi organskih poluvodiča – jeftinih pigmenata kakvi se koriste u kozmetici i industriji boja (Advanced Materials, https://doi.org/10.1002/adma.201707292). Ovi pigmenti predstavljaju razred novih funkcionalnih materijala koji su stabilni u fiziološkim uvjetima, pa ih nije potrebno zaštititi od utjecaja vode enkapsulacijom. Priroda pobude u potpunosti je kapacitivna, što znači da aktivni materijali – pigmenti – ne sudjeluju u kemijskim reakcijama tijekom pobude, stoga je uređaj trajan i ne može unijeti štetne tvari u organizam. Princip rada pokazali su suradnici iz grupe dr. Hanein iz Izraela na modelu slijepih pilećih mrežnica, gdje je in-vitro demonstrirana neurostimulacija neurona mrežnice.

Za izračun trodimenzionalne distribucije električnog potencijala oko foto-kapacitivne pobudne elektrode korišten je softverski paket Robin Hood Solver, što je omogućio jedan od autora paketa, Ruđerovac dr. Predrag Lazić. Uspješan iskorak CEMS-a u bioelektroničkom smjeru uz upotrebu novih funkcionalnih materijala može biti motivacija za buduća istraživanja u kojim bi bilo moguće koristiti i do sada razvijene i istraživane materijale u okvirima CEMS-a.

Foto: Thor Balkhed, LiU
Ilustracija preuzeta iz članka (https://doi.org/10.1002/adma.201707292).

Ostvareno generiranje parova polarizacijski spregnutih fotona

09. 04. 2018. Fotonika i kvantna optika

Sa zadovoljstvom objavljujemo da je 9. travnja 2018. istraživači Istraživačke jedinice Fotonika i kvantna optika Znanstvenog centra izvrsnosti za napredne materijale i senzore, na Institutu Ruđer Bošković, dovršili su gradnju eksperimentalnog postava izvora parova spregnutih fotona zasnovanog na procesu spontane parametarske pretvorbe (Engl. spontaneous parametric downconversion (SPDC), kolinearni proces tipa II) fotona valne duljine 405 nm u parove infracrvenih fotona u PPKTP kristalu te optičkom postavu u Sagnac-ovoj konfiguraciji. Izvor stabilno generira koincidentne parove polarizacijski spregnutih fotona.

Iako je kvantno sprezanje fotona poznato, ovaj kontraintuitivni efekt i dalje je predmet intenzivnog istraživanja kako na fundamentalnoj tako i na razini mogućih primjena u kvantnoj komunikaciji, kvantnom računanju i kvantnoj metrologiji. Ostvareni rezultat je ključan za buduća istraživanja ove grupe.

Arbitrarily exhaustive generation of contextual sets

15. 07. 2017. Fotonika i kvantna optika

Recently obtained results published in Pavičić, M., Arbitrarily exhaustive hypergraph generation of 4-, 6-, 8-, 16-, and 32-dimensional quantum contextual sets, Physical Review A, 95, 06212–1-25 (2017) will be implemented in a series of experiments in the CEMS Research Unit Photonics and Quantum Optics.

Quantum contextuality is a property of quantum systems not to have predetermined values of their observables, in contrast to classical systems. Take an entangled photon pair. Each of the photons is genuinely unpolarized before we let them through polarizers. After polarizers, measurements find the photons in definite polarization states. Can we assume that these polarizations were somehow predetermined when the pair was created? The so-called contextual sets of states of photons prove that we cannot. Such sets are not of just of a foundational theoretical interest. Recently it turned out that the “contextuality is the source of a quantum computer’s power” (Nature; cited in the paper). Therefore, it is important for future applications and implementations to find new classes, instances, and structure of contextual sets as well as to design algorithms and programs for obtaining them. In this paper, arbitrary exhaustive hypergraph-based generation of the most explored contextual sets, Kochen-Specker (KS) ones, is carried out in up to 32 dimensions.

Twelve classes of critical KS sets (the ones that cannot be simplified further) are generated and analyzed, huge number of novel types and instances of them obtained and numerous properties of theirs found. Several thousand times more types and instances of KS sets than previously known are generated. All KS sets in three of the classes and in the upper part of a fourth are novel. The generation was carried out with the help of McKay-Megill-Pavičić (MMP) hypergraph language, algorithms, and programs which generate KS sets (see the feature image for two hypergraphs of 8-dim KS sets; also the figure below) strictly following their definition from the Kochen-Specker theorem, which itself celebrates semicentennial this year. This is in contrast to parity proof based algorithms which prevail in the literature and for which the majority of KS sets and even a whole KS class (as the one shown in the Figure below) are simply invisible.

[SEMINAR] Glass based structures fabricated by rf-sputtering

26. 05. 2017. Novi funkcionalni materijali

Dr. Alessandro Chiasera (Consiglio Nazionale delle Ricerche – Istituto di Fotonica e Nanotechologie) će održati predavanje naslova: “Strukture na bazi stakla proizvedene pomoću Rf-sputteringa”. Predavanje će obuhvaćati opis proizvodnje jednodimenzionalnih fotoničkih kristala pomoću rf-sputteringa te njihovu karakterizaciju u vidu prostorno ovisne luminiscencije navedenih fotoničkih struktura i njihova lasiranja. Predavanje će biti održano u dvorani “Ivan Supek” u prvom krilu IRB-a u utorak 30.5.2017 u 12h 30 min.

[SEMINAR] Kemijska pohrana vodika u kondenziranoj materiji

08. 11. 2016. Novi funkcionalni materijali

Pozivamo Vas na predavanje dr.sc. Nikole Biliškova naslova “Kemijska pohrana vodika u kondenziranoj materiji” u srijedu 9.11.2016. u 14 sati u predavaonici I krila IRB-a.

Vodik se kroz zadnjih nekoliko desetljeća razmatra kao efikasan nosilac energije, koji bi unaprijedio efikasnost obnovljivih izvora energije. No, konvencionalnom pohranom vodika u plinskoj i tekućoj fazi osigurava se samo vrlo ograničeni sadržaj energije. Zato se razvija koncept kemisorpcijske pohrane u kondenziranoj materiji kao najefikasniji način pohrane vodika. Poteškoće povezane s razvojem takvih sustava za pohranu vodika učinile su tu problematiku jednom od ključnih suvremenih znanstvenih i tehnoloških izazova pri realizaciji široke upotrebe vodika kao nosača energije u bezugljičnoj „vodikovoj ekonomiji“. Iako je taj problem uglavnom kemijske naravi, pronalazak efikasnih sustava, koji zadovoljavaju sve zacrtane tehnološke potrebe, zahtijeva interdisciplinarni pristup.
Predavač će dati pregled dosadašnjih istraživanja na tom polju, koja se provode u Laboratoriju za kemiju čvrstog stanja i kompleksnih spojeva u kontekstu međunarodnih trendova na tom polju, uz naročit naglasak na najnovije rezultate. Također, bit će izneseni i planovi za budućnost, koji su se dijelom već počeli realizirati.

Priopcenje za javnost povodom opstruiranja financiranja iz EU fondova od strane MZOS-a

08. 06. 2016. Fizika i tehnologija ionskih snopova, Fotonika i kvantna optika, Novi funkcionalni materijali, Znanost o grafenu i srodnim 2D strukturama

PRIOPĆENJE ZA JAVNOST – Zagreb, 7. lipnja 2016.

Otvoreno pismo ministru znanosti, obrazovanja i sporta Predragu Šustaru:

‘‘Opstruiranjem financiranja iz EU fondova hrvatskih znanstvenih centara izvrsnosti ugrožava se 50 milijuna eura iz strukturnih fondova i radna mjesta za hrvatske znanstvenike – traži se hitna reakcija ministra Šustara!‘‘

Pedeset milijuna eura, upitna radna mjesta za čak tri stotine doktoranada i postdoktoranada, te riskiranje penala od Europske komisije, samo su dio crne statistike koja ozbiljno prijeti Republici Hrvatskoj (RH), a odvija se u sjeni problema s kurikularnom reformom.

Deset znanstvenih centara izvrsnosti proglašenih od strane Ministarstva znanosti obrazovanje i sporta (MZOS) tijekom 2014. i 2015. godine na prijedlog Nacionalnog vijeća za znanost, visoko obrazovanje i tehnološki razvoj, posljednjih su nekoliko mjeseci postalo taocem MZOS-a.

Naime, RH se strateški odredila kroz Operativni program (OP) za financiranje Znanstvenih centara izvrsnosti (2014 – 2020), te se prema Operativnom programu očekuje 50 milijuna eura iz Europskog fonda za regionalni razvoj (ERDF) koji bi bili na raspolaganju proglašenim centrima.

Kako bi centri mogli iskoristiti europska sredstva, MZOS je obvezan raspisati natječaj. Prvi indikativni rok za raspisivanje natječaja bio je 31. ožujka, te je pomaknut na 1. lipnja 2016., a natječaj još nije raspisan.

Unatoč brojnim službenim molbama za poštivanjem obveza koje su voditelji Znanstvenih centara izvrsnosti posljednjih mjeseci dostavili ministru Šustaru i premijeru Oreškoviću s upozorenjem da je RH preuzela obvezu te je dužna raspisati planirani natječaj iz strukturnih fondova u sklopu kojih bi se izvršila evaluacija planiranih troškova u okviru pojedinih centara, s današnjim datumom MZOS još uvijek nije aktivirao natječaj Europskog fonda za regionalni razvoj (ERDF) koji bi omogućio povlačenje čak 50 milijuna eura za Znanstvene centre izvrsnosti. Time se ozbiljno ugrožava realizacija znanstvenih aktivnosti proglašenih ZCI-a i gubitak 50 milijuna eura iz EU te zapošljavanje 300 mladih stručnjaka.

Podsjetimo, MZOS je proglasio Znanstvene centre izvrsnosti iz područja prirodnih, biomedicinskih, biotehničkih i tehničkih znanosti nakon zahtjevnih kriterija javnog natječaja, uključujući opsežne domaće i međunarodne recenzije i intervjue s voditeljima predloženih centara koji su proveli Agencija za znanost i visoko obrazovanje (AZVO) i Nacionalno vijeće za znanost, visoko obrazovanje i tehnološki razvoj. MZOS je potom temeljem članka 29. stavka 2. Zakona o znanstvenoj djelatnosti i visokom obrazovanju (Narodne novine, broj: 123/2003, 105/2004, 174/2004, 2/2007 – Odluka Ustavnog suda Republike Hrvatske, 46/2007, 45/2009,63/2011,94/2013, 139/13 i 101/2014 – Odluka i Rješenje Ustavnog suda Republike Hrvatske) proglasilo znanstvene centre izvrsnosti RH, čiji su članovi izvrsni hrvatski znanstvenici, među nositeljima međunarodne prepoznatljivosti hrvatske znanosti.

Proces prijave, vrednovanja i odabira centara trajao je tri godine, a Vlada RH je nakon provedenog postupka recenzija uskladila program centara s nacionalnim prioritetima i oni su u skladu sa Strategijom pametne specijalizacije (S3). Ovu Strategiju su više od dvije godine izrađivali brojni eksperti iz javnog i privatnog sektora koji se bave istraživanjem i razvojem, te ju je usvojio Hrvatski sabor i Europska komisija za znanost.

Cilj proglašenja centara je bio omogućiti izvrsnim hrvatskim znanstvenicima i institucijama uvjete za vrhunski istraživački rad kroz stabilno i pojačano financiranje te edukaciju mladih znanstvenika i značajan doprinos gospodarstvu RH.

Slijedom navedenog, proizlazi da se nepoštivanjem zadanih obveza od strane MZOS-a te neprovođenjem preuzetih obveza direktno ugrožavaju nacionalni interesi.

Nažalost, jedan od glavnih protivnika ustroja hrvatskih centara izvrsnosti, kao i od strane Europske komisije usvojene pametne specijalizacije (S3) RH, a koja je jedan od glavnih preduvjeta za povlačenje sredstava iz strukturnih fondova, je pomoćnik ministra za znanost dr. sc. Krešimir Zadro.

Poštovani ministre Šustar, otvorenim pismom javnosti obraćamo Vam se ispred svih Znanstvenih centara izvrsnosti (ZCI) iz područja prirodnih, biomedicinskih, biotehničkih i tehničkih znanosti sa zahtjevom da se javno očitujete o razlozima nepoštivanja odluka Vlade RH i neprovođenju usvojenih programa financiranja hrvatskih centara izvrsnosti iz EU fondova te datumu raspisivanja natječaja kako bi se izbjegao crni scenarij.

Vjerujemo da niste spremni potpuno ignorirati izvrsne hrvatske znanstvene skupine i propustiti priliku da se kroz usvojeni program pametne specijalizacije povuku sredstva u iznosu od 50 milijuna eura iz strukturnih fondova.

U situaciji kad se domaća sredstva za znanost i istraživanje sustavno režu, kad se događa egzodus najboljih mladih obrazovanih stručnjaka, znanstvena istraživanja i inovacije preživljavaju velikim dijelom zbog izvrsnosti istraživačkih skupina i velikih napora znanstvenika u povlačenju sredstva iz programa Europske unije, ovakvo opstruiranje rada Znanstvenih centara izvrsnosti da osiguraju europska sredstva za rad i zapošljavanje stručnog kadra je nedopustivo!

S poštovanjem,
voditelji proglašenih Znanstvenih centara izvrsnosti (STEM područja):

Znanstveni centar izvrsnosti za napredne materijale i senzore,
Institut Ruđer Bošković i Institut za fiziku, Zagreb

Dr. sc. Milko Jakšić – Milko.Jaksic@irb.hr
Dr. sc. Mile Ivanda – Mile.Ivanda@irb.hr
Dr. sc. Mario Stipčević – Mario.Stipcevic@irb.hr
Dr. sc. Marko Kralj – mkralj@ifs.hr

Znanstveni centar izvrsnosti za reproduktivnu i regenerativnu medicinu,

Medicinski fakultet, Sveučilište u Zagrebu,
Akademik prof. dr.sc. Slobodan Vukičević – slobodan.vukicevic@mef.hr
Prof. dr. sc. Davor Ježek – davor.jezek@mef.hr

Znanstveni centar izvrsnosti za virusnu imunologiju i cjepiva,
Medicinski fakultet, Sveučilište u Rijeci
Prof. dr. sc. Stipan Jonjić – stipan.jonjic@medri.uniri.hr

Znanstveni centar izvrsnosti za znanost i tehnologiju – STIM, Sveučilište u Splitu
Prof. dr. dr. h.c. Vlasta Bonačić-Koutecky – vbk@cms.hu-berlin.de

Znanstveni centar izvrsnosti za bioraznolikost i molekularno oplemenjivanje bilja, Agronomski fakultet , Sveučilište u Zagrebu
Prof. dr. sc. Zlatko Šatović – zsatovic@agr.hr

Znanstveni centar izvrsnosti za bioprospecting mora
Institut Ruđer Bošković, Zagreb
Dr.sc. Rozelindra Čož-Rakovac – Rozelindra.Coz-Rakovac@irb.hr

Znanstveni centar izvrsnosti za kvantne i kompleksne sustave te reprezentacije Liejevih algebri, Prirodoslovno-matematički fakultet, Sveučilište u Zagrebu

Prof.dr.sc Hrvoje Buljan – hbuljan@phy.hr
Prof. dr. sc. Pavle Pandžić – pandzic@math.hr

Znanstveni centar izvrsnosti za personaliziranu brigu o zdravlju,

Sveučilište Josip Juraj Strossmayer u Osijeku
Prof. dr. sc. Gordan Lauc – glauc@pharma.hr
Prof. dr. sc. Ines Drenjančević – ines.drenjancevic.peric@mefos.hr

Znanstveni centar izvrsnosti za temeljnu, kliničku i translacijsku neuroznanost, Medicinski fakultet, Sveučilište u Zagrebu
Prof. dr. sc. Miloš Judaš – mjudas@hiim.hr

Znanstveni centar izvrsnosti za znanost o podatcima i kooperativne sustave, Fakultet elektrotehnike i računarstva, Sveučilište u Zagrebu

Prof.dr.sc. Sven Lončarić – sven.loncaric@fer.hr
Prof. dr. sc. Ivan Petrović – ivan.petrovic@fer.hr

Priopćenje voditelja proglašenih
Znanstvenih centara izvrsnosti (STEM područja) ___________________________________________________________________________________________________

Testiran inovativni senzor tamne energije – KWISP

30. 05. 2016. Fotonika i kvantna optika

Jedna od još neriješenih zagonetki moderne fizike je svakako ono a sastavu Svemira. Danas smatramo da je oko 5% Svemira sačinjeno od uobičajne tvari kakvu nalazimo svuda naZemlji, dok je ostatak, 95% sačinjeno od tamne tvari i energije. Tamna tvar čini 25% Svemira, dok tamna energija čini ostatak od oko 70%. Naše poznavanje tamnih dijelova Svemira je vrlo slabo. One su prvenstveno uvedene sa ciljem usklađivanja opažanja sa teoretskim modelima. Tako je tamna energija uvedena da bi se objasnilo opaženo povećavanje brzine širenja Svemira. Jedan od predloženih mehanizama je postojanje skalarnog polja koje bi trebalo biti na neki način zasjenjeno da bi njegovo postojanje bilo u skladu sa Općom teorijom relativnosti i rezultatima potraga za “petom silom” na Zemlji. Jedna od mogućnosti je mehanizam u kojem je efektivna masa ovisna o gustoći tvari koja ih okružuje. U slučaju da postoji čestice “kameleoni” mogu biti proizvedene i na Suncu te opažene na Zemlji sa odgovarajućim senzorom. Opažanje počiva na činjenici da čestice koje udaraju u odgovarajuću površinu prenose linearnu količinu gibanja na istu te stvaraju pritisak zračenja odnosno silu koja pomiče površinu iz ravnotežnog položaja.

Takav senzor je izgrađen i testiran u suranju sa laboratorijem za optiku talijanskog nacionalnog instituta za nuklearnu fiziku (INFN), gdje je bio i smješten prije nego je prenesen u konačni postav u CERNu što je i zabilježeno u CERN Courieru (vidi sliku). Osjetni element je tanka membrana od silicijevog nitrida koja se nalazi u središtu Fabry – Perotove optičke šupljine. Opažajuči promjene u rezonantnoj frekvenciji šupljine moguće je opaziti male pomake membrane uzrokovane pritiskom zračenja. Uporaba takvog senzora u eksperimentima gdje se želi opaziti tamna energije je vrlo zanimljiva iz razloga što omogućava direktno opažanje sprege čestica “kameleona” sa materijom. Osjetljivost i metoda kalibracije se dani u članku objavljenom u časopisu Physics of the Dark Universe (faktor odjeka 8.57).

Aktivnosti

Predavanje 9.11.2016. dr.sc. Nikole Biliškova “Kemijska pohrana vodika u kondenziranoj materiji”

Training School on Raman Spectroscopy at the Ruđer Bošković Institute organised under the COST Action MP1302 – Nanospectroscopy, September 23-25, 2015

Presentation slides from the Training School on Raman Spectroscopy, from the tutorial lectures held during the Raman School are available here for the Raman School participants. The access password can be obtained from the Raman School organizers:

MP1302-Raman school_Baranovic
MP1302-Raman school_Derek
MP1302-Raman school_Ivanda_1
MP1302-Raman school_Ivanda_2
MP1302-Raman school_Kveder
MP1302-Raman school_Mikac
MP1302-Raman school_Mohacek-Grosev
MP1302-Raman school_Ristic
MP1302-Raman school_Skenderovic