Формирование | 1 января 2015 г. |
---|---|
Тип | Научно-исследовательский институт физики |
Штаб-квартира | Данидин , Новая Зеландия |
Директор | Дэвид Хатчинсон |
Принадлежности | Университет Отаго |
Штат сотрудников | 220 |
Веб-сайт | doddwalls.ac.nz |
Центр фотонных и квантовых технологий Додда-Уоллса (DWC) - новозеландский исследовательский институт, основанный в 2015 году при Университете Отаго и состоящий из исследователей из шести новозеландских университетов, а также из партнерских организаций в США, United Королевство и Сингапур. Он проводит фундаментальные исследования квантовой природы материи, физики и оптики света, а также манипулирования отдельными фотонами. Новые знания и приложения коммерциализируются для таких отраслей, как агротехника , медицина и гражданское строительство.
Центр Додда-Уоллса назван в честь новозеландских физиков Джека Додда и Дэна Уоллса . [1] Оба человека были наставниками Нобелевских лауреатов - Роя Глаубера в случае Дэна Уоллса и Уиллиса Лэмба в случае Джека Додда [ сомнительно ] - и оба стали очень влиятельными в развитии и росте квантовой оптики. фотоника и ультрахолодные атомы, и физика в целом Новой Зеландии. [1]
До 2015 года два научно - исследовательских центров носили эти имена: Джек Додд Центр по квантовой технологии в Университете Отаго , [2] под директорства Криспин Гардинер 2006-2009, Роб Ballagh 2009-2010, и Дэвид Хатчинсон потом, а стены Dan Центр чистой и прикладной оптики в Оклендском университете , возглавляемый сначала Джоном Харви, а затем Кэтэр Симпсон . [3]В течение семи лет существовало сотрудничество между двумя исследовательскими центрами, названными Центром квантовой науки Додда-Уоллса, с двумя со-директорами (директорами каждого сотрудничающего учреждения). Этот «Центр Додда-Уоллса» провел первый ежегодный симпозиум Додда-Уоллса в Окленде в 2007 году.
В 2006–2007 годах под руководством Гардинера и Харви была сделана заявка на финансирование Центра передового опыта исследований (CoRE) для Центра Додда-Уоллса Комиссией по высшему образованию Новой Зеландии . Эта заявка не увенчалась успехом, но вторая заявка в 2013–2014 годах под руководством Дэвида Хатчинсона была успешной, и 1 января 2015 года Центр фотонных и квантовых технологий Додда-Уоллса стал одним из шести новозеландских центров научно-исследовательского мастерства, а Хатчинсон в качестве первый директор. Он был официально запущен в феврале 2015 года на мероприятии в замке Ларнах министром исследований, науки и инноваций Стивеном Джойсом . [4] [5]В октябре 2020 года он получил еще 36,75 миллиона долларов в виде финансирования от Комиссии по высшему образованию для поддержки своей работы до 2028 года. [6] [7]
Центр Додда-Уоллса в настоящее время объединяет исследователей из шести университетов Новой Зеландии (помимо Университета Отаго, Университета Окленда , Университета Виктории в Веллингтоне , AUT , Университета Мэсси и Университета Кентербери ), а также сотрудничает с США и Соединенным Королевством. и Сингапур.
Имя | Срок | Примечания |
---|---|---|
Дэвид Хатчинсон | 2014 – настоящее время | Директор |
Нил Бродерик | 2014 – настоящее время | Заместитель директора |
Центр Додда-Уоллса насчитывает более 220 исследователей и студентов, работающих в области квантовой оптики , фотоники и точной атомной физики . [5]
Исследователи Центра Додда-Уоллса разрабатывают, применяют и совершенствуют методы лазерной спектроскопии для распознавания и отображения различных поверхностей и систем. Экспериментальные исследования опираются на теорию и численное моделирование с упором на нелинейную оптику . [8] [9] [10] [11] [12] [13]
Фредерик Ванхолсбек и ее команда из группы биофотоники в Оклендском университете используют оптическую когерентную томографию (ОКТ) для измерения нейронной активности, [14] обнаружения рака [15] и болезней глаз, [16] [17] изображения костного хряща для ранней диагностики. признаки остеоартрита , [18] [16] и контролировать сердечную деятельность. [18] Они используют флуоресцентную спектроскопию для измерения содержания бактерий в продуктах питания почти в реальном времени [16] [19] [20] [21] и для диагностики желудочно-кишечных заболеваний.[22]
Кейт Гордон и его группа в Университете Отаго используют рамановскую спектроскопию и колебательную спектроскопию наряду с вычислительной химией для анализа молекулярной структуры, функции и состава материалов. [23] Они применили свои методы для оптимизации солнечных элементов, [23] [24] [25] измерения микропластика в окружающей среде, [26] [27] определения кристаллических форм фармацевтических препаратов, [24] оценки качества и состава пищевых продуктов. , [28] [24] анализировать исторические артефакты [29]и биологические образцы [30] [31] и разработать инструменты для медицинской диагностики. [32] [33]
Каспер ван Вейк и Джами Шеперд Джонсон из Лаборатории физической акустики Оклендского университета используют методы фотоакустической , ультразвуковой и лазерно-ультразвуковой визуализации, вдохновленные геофизическими методами. Снаружи цели включают вулканическое поле Окленда , геотермальную разведку и микросейсмичность для определения характеристик коллектора флюидов. В лаборатории они измерили структуру камня и льда, жесткость дерева [8] [34], структуру костей и артерий [35] и твердость фруктов. [36] [37] [38]
Нил Бродерик из Оклендского университета в сотрудничестве с исследователями из Университета Виктории в Веллингтоне измеряет вибрации и температуру в Альпийском разломе на Южном острове Новой Зеландии с помощью оптического волокна , вставленного в 900-метровую скважину в разлом. [39] [40] [41]
Кэтэр Симпсон и исследователи из Photon Factory в Оклендском университете разрабатывают датчики для сортировки бычьей спермы для молочной промышленности [42], измерения состава молока [43] и проверки на невосприимчивость к COVID-19 . [44] Это исследование является основой для дочерних компаний Engender и Orbis Diagnostics . [45]
Исследователи разрабатывают новые лазерные технологии, материалы и инструменты для применения в фундаментальных исследованиях и промышленности. Теоретические исследования и численное моделирование нелинейных эффектов, таких как волны-убийцы [46] [47] и солитоны с временными резонаторами [48], лежат в основе разработки новых технологий. [49] [50]
Миро Эркинтало , Стюарт Мердок и Стефан Коэн из Оклендского университета и Харальд Швефель из Университета Отаго внесли значительный вклад в разработку частотных гребенок микрорезонатора на основе небольших кристаллов, используемых для хранения и преобразования лазерного света в различные частоты. [50] [51] Эркинтало получил премию премьер-министра Новой Зеландии Мак-Диармида 2019 года и премию Гамильтона Королевского общества Новой Зеландии 2016 года за новаторский вклад в эту область. [52] [53] [48] [54]
На Photon Factory в Оклендском университете исследователи используют лазеры с синхронизацией мод, которые генерируют экзотические ультракороткие импульсы света в фемтосекундном (fs) и пикосекундном (ps) диапазоне для приложений в микрообработке , микротехнологии и спектроскопии . [55] [56] Исследователи из Оклендского университета также специализируются на поведении света в оптических волокнах. [57] Оклендская компания Southern Photonics, которая разрабатывает и производит приборы для генерации и анализа света, опирается на это исследование. [58] [59]
Другие исследования Центра Додда-Уоллса включают фундаментальные экспериментальные и теоретические исследования ультрахолодных квантовых газов , включая холодные контролируемые столкновения и холодную квантовую химию . Квантовые жидкости, такие как конденсаты Бозе-Эйнштейна , сконфигурированы так, чтобы имитировать физику других менее доступных или управляемых квантовых систем. [60] [61] [13] Это позволяет напрямую исследовать конденсированные вещества и явления многих тел , фундаментальное понимание которых остается неясным. [13] Нильс Кьергаард и его группа разработали новый коллайдер частиц для обеспечения высокой точности.измерения атомной физики . [62] Они используют оптический пинцет для захвата и столкновения небольших облаков ультрахолодных атомов, чтобы наблюдать квантовую динамику низкоскоростных столкновений. [63] [64] [65] Эксперименты Маартена Хугерланда с ультрахолодными атомами гелия привели к очень точным измерениям размера, цветового поглощения и разницы энергий между квантовыми состояниями атомов гелия. Они также предоставили тесты для стандартной модели физики элементарных частиц. [66] [67] [68] Теоретик Эштон Брэдли продвинулся в понимании квантовой и классической турбулентности ивихри . [69] [70] [71] Теоретики Блэр Блейки и Дэнни Бейли правильно предсказали образование стабильных капель ультрахолодного газа. [72] [73] [74] [75] [76]
Холодные газы также открывают путь к точным измерениям. [13] Миккель Андерсен и его группа, например, разработали компактный недорогой гравиметр на основе атомной интерферометрии . [77] [78] [79]
Благодаря точному наблюдению и контролю взаимодействия между отдельными фотонами света и отдельными атомами исследователи вносят свой вклад в развитие квантовых технологий, таких как квантовые компьютеры . [13] Исследователи Центра Додда-Уоллса, такие как Ховард Кармайкл и тезка Центра Дэн Уоллс , помогли заложить теоретические основы современной квантовой оптики и квантовых технологий. [80] Кармайкл «s квантовая теория траектории (QTT) , одной из форм метода квантового скачка , дает возможность предсказать , каким образом отдельные квантовые объекты ведут себя , когда они наблюдаются. [81] В недавнем сотрудничестве сЙельский университет , Кармайкл использовал QTT, чтобы помочь выявить фундаментальную природу квантовых скачков как плавных, а не мгновенных [82] [83] [84] [85], открытие, которое могло помочь решить проблему ошибок в квантовых вычислениях . [86]
Многие исследования сосредоточены на разработке эффективных технологий для квантовых компьютеров, при этом несколько исследователей сосредоточились на обеспечении безопасной передачи квантовой информации на большие расстояния. Теоретик Скотт Паркинс в сотрудничестве с японским экспериментатором Такао Аоки продемонстрировал раннюю стадию сети квантовых вычислений, сделанную из оптических волокон, которая обеспечивает квантовую запутанность на расстояниях, превышающих метр. [8] [87] Экспериментатор Маартен Хугерланд работает над аналогичными системами квантовых вычислений на основе оптического волокна. [35] Харальд Швефель разработал метод преобразования одиночных микроволновых фотонов воптические фотоны с использованием диэлектрических резонаторов типа шепчущей галереи . Это позволит использовать оптические сети для передачи квантовой информации между квантовыми компьютерами на базе микроволнового излучения. [88] [89] [90] [91] [92] Джевон Лонгделл также разрабатывает метод преобразования одиночных микроволновых фотонов в оптические фотоны с использованием кристаллов, легированных редкоземельными ионами. [93] Лонгделл также разработал метод хранения квантовой информации в кристаллах, легированных редкоземельными ионами, который обеспечивает улучшенное решение для квантовых компьютеров. [94] [95] [96] [97] [98]
Миккель Андерсон разработал метод надежного и последовательного получения индивидуально захваченных атомов, который используется для управления движением и квантовым состоянием атомов и объединения их в молекулы в сверхточных экспериментах. [99] [100] [101] [102] [103] [104]
Дэвид Хатчинсон , директор
Харальд Швефель
Кэтэр Симпсон
Говард Кармайкл
Миро Эркинтало
Миккель Андерсен
Джон Харви
По словам директора Дэвида Хатчинсона , видение Центра Додда-Уоллса состоит в том, чтобы внести свой вклад в развитие экосистемы компаний, работающих в области фотоники, которые поддерживают друг друга и экспортируют продукцию по всему миру. Хатчинсон предполагает, что эти компании обеспечат рабочие места и будут стимулировать экономику и культуру Новой Зеландии, сосредоточив внимание на создании дорогостоящих продуктов из дешевых материалов. [105] Руководитель отраслевой группы Джон Харви и член отраслевого консультативного совета Саймон Пул выступили соавторами отчета, выпущенного в июле 2020 года, в котором рассматривались отрасли фотоники в Новой Зеландии и Австралии; в докладе оценивается стоимость фотонной индустрии Новой Зеландии в 1,2 миллиарда новозеландских долларов. [106] [107] [108] [109]
В Центре Додда-Уоллса работает группа отраслевых разработчиков, которая занимается решением конкретных отраслевых проблем, созданием прототипов устройств и разработкой исследований Додда-Уоллса для коммерциализации. [110] [111] [112] В 2017 году Центр Додда-Уоллса сотрудничал с Институтом Мак-Диармида для решения «задачи интерфейса», когда новозеландские компании доставляли конкретные проблемы ученым, ученым и исследователям из двух Центров передового опыта в области исследований. помогите их решить. В нем приняли участие семь новозеландских компаний, в том числе Fisher & Paykel Healthcare и Buckley Systems . [113] [114]
Две компании Кэтэр Симпсон , Engender и Orbis Diagnostics , возникли в результате исследований Центра Додда-Уоллса. В 2016 году Симпсон выиграл премию KiwiNet за коммерциализацию исследований за компанию Orbis Diagnostics, которая разрабатывает метод сортировки спермы крупного рогатого скота на самцов и самок с использованием световых импульсов. [115] Симпсон публично высказывалась о своих идеях о том, как университеты могут лучше стимулировать инновации и приносить положительную экономическую выгоду для своих городов, регионов и стран. Она также рассказала о своем видении "преобразования Photon Factory в процветающий, высокоэффективный" инновационный центр ". [116] Директор Дэвид Хатчинсонпублично говорил о потенциальных экономических выгодах для Новой Зеландии развития технологий и дополнительных компаний с помощью квантовой физики и фотоники. Он считает, что это «противодействует утечке научных мозгов», способствуя «развитию карьерного роста для высококвалифицированных специалистов, которые смогут остаться в Новой Зеландии». [117] [118]
Центр Додда-Уоллса является партнером компании Southern Photonics из Окленда, которая была основана в 2001 году Джоном Харви вместе с тремя его учениками, чтобы предоставить выпускникам докторской степени возможности высоких технологий. [119] Компания Southern Photonics производит ряд оборудования для тестирования и измерения оптических импульсов для использования в телекоммуникационной отрасли, а также в академических и промышленных исследовательских лабораториях по всему миру на основе исследований Центра Додда-Уоллса. [120] Компания Photonic Innovations из Данидина, производящая сверхчувствительное оборудование для обнаружения газов, также сотрудничает с Центром Додда-Уоллса. [121] [122] [120]
По словам директора Дэвида Хатчинсона, ученые Dodd-Walls работают с мясной, молочной, фруктовой и шерстяной отраслями Новой Зеландии, чтобы повысить добавленную стоимость экспортной продукции. «Если пролить свет на образец материала и проанализировать то, что возвращается, можно получить огромное количество информации о структуре, функциях и качестве материала», - говорит Хатчинсон. [105] Frederique Vanholsbeeck исследователей и другие Додд-Walls центра являются частью сотрудничества с мясной промышленностью Новой Зеландии вместе с исследователями из Crown Research Institute AgResearch и других новозеландских университетов по разработке технологий для обнаружения бактерий ( с помощью флуоресцентной спектроскопии) и измерения качество мяса. [123] [124] [125] [126]Постдокторант Сэм Хитчман выиграл премию Международного секретариата мяса (IMS) для молодых талантов в области мясных наук и технологий на Международном конгрессе мясных наук и технологий (ICoMST) в 2019 году. [127]
Медицинские технологии - еще одно направление деятельности Центра Додда-Уоллса. [105] Сара Миллер из Университета Отаго разрабатывает инструмент для диагностики целиакии и других желудочно-кишечных заболеваний с помощью лазерной спектроскопии [32], а аспирант Оклендского университета Саймон Эшфорт разрабатывает инструменты для костной хирургии с использованием фемтосекундных лазеров. Ученые Додда-Уоллса также работают над методами обнаружения заболеваний глаз, ожогов кожи и ряда других состояний. [105]
Центр Додда-Уоллса спонсирует, организует и предоставляет ряд образовательных программ и мероприятий для детей и общин по всей Новой Зеландии и Тихоокеанскому региону. Сюда входят посещение школ [128] передвижных выставок [129] и мероприятий. [130] Они сосредоточены на практических интерактивных научных мероприятиях и часто сотрудничают с Музеем Отаго , Музеем транспорта и технологий и Институтом МакДиармида . [131] [132] [133] Целью информационно-пропагандистской программы является увеличение разнообразия представлений в физических науках в Новой Зеландии на всех уровнях от бакалавриата до преподавателей университетов. [131]Предпринимаются усилия по охвату населения и демографической ситуации , которые традиционно не участвуют в науке , с особым акцентом на маори и тихоокеанских островов , [131] сельских общин [134] и женщин и девочек. [135] Программы разрабатываются и реализуются студентами-добровольцами и исследователями из центра вместе с преданными музейными педагогами. В 2018 году Центр привлек более 13000 человек к участию в более чем 82 мероприятиях, от публичных выступлений о гравитационных волнах до научной ярмарки Международного дня света. [132]
Скоординированная информационно-пропагандистская работа Центра Додда-Уоллса началась в 2015 году, когда Кэтэр Симпсон заняла должность сопредседателя Комитета Новозеландского Международного года света . Этот праздник, проводимый ЮНЕСКО , был направлен на повышение осведомленности о важности света и световых технологий во всех сферах нашей жизни - будь то экономическая, художественная или научная. [136] Команда исследователей и студентов со всего Центра Додда-Уоллса работала в сотрудничестве с восемью музеями в городах и небольших поселках Новой Зеландии для организации мероприятий и мероприятий. [136] Они были профинансированы правительством Новой Зеландии в рамках программы Unlocking Curious Minds . Через взаимодействие сМаори , праздник получил название Те Кшанга, что на маори означает весна. Программа включала в себя конкурсы рисунков и логотипов, презентацию на MOTAT , практические демонстрации световых экспериментов, выступления экспертов, научные шоу на световую тематику, УФ-раскрашивание лица, иммерсивные трехмерные впечатления, вдохновленные светом песни и музыку, сеансы астрономии и заключительное мероприятие в Отаго. [136] Координатор по связям с общественностью и аспирант Энди Ван руководил созданием недорогих комплектов оптики, которые можно взять домой для детей, содержащих практические эксперименты со светом, которые были доступны десяткам тысяч новозеландских детей и молодежи. [18] [136] Эти виды деятельности варьировались от флуоресцентных бактерий до съедобной оптики, а сама коробка действовала какспектроскоп с интерактивными экспериментами. [136] [137] [138]
С 2015 года исследователи и студенты Dodd-Walls организовывают мероприятия и мероприятия в рамках ежегодного Дня света ЮНЕСКО, который отмечается 16 мая, в годовщину первой успешной эксплуатации лазера в 1960 году. [139] В 2020 году в их число вошли руки. о научных мероприятиях для детей в музее Отаго и Центре Эллен Мелвилл в Окленде. [140] [141] В 2019 году Кэтэр Симпсон написала статью и выступила с докладом для ЮНЕСКО об использовании световых технологий для устойчивого ведения сельского хозяйства. [142] [132] Симпсон говорит, что «День света» побуждает Центр Додда-Уоллса связать свои массовые исследования с глобальными проблемами социальной справедливости и устойчивости. [132]
В 2017 году центр начал сотрудничество с музеем Отаго под названием «Экстремальная наука», интерактивной научной программой, нацеленной на труднодоступные и удаленные районы Новой Зеландии. При поддержке программы правительства Новой Зеландии «Открывая любопытные умы» группа ученых, студентов и преподавателей музеев посетила острова Чатем и Питт и провела серию интерактивных научных мероприятий для детей, семей и местных жителей. Команда представила выступления, шоу и интерактивные мероприятия в школах, общественных центрах, пабе и Копинга Мараэ . Они установили портативный планетарий и подарили общине телескоп и сейсмометр. [143] [144]
С тех пор программа Extreme Science была распространена на другие отдаленные части Новой Зеландии, включая Восточный Кейп , Фьордленд , остров Стюарт , западное побережье , залив Островов и остров Грейт-Барьер . [145] [146]
Центр Додда-Уоллса также был частью образовательных программ для Ниуэ , Островов Кука , Тонги и Фиджи, организованных музеем Отаго при финансовой поддержке посольства США , Air New Zealand и Министерства иностранных дел и торговли Новой Зеландии . [147] [148]
Через Университет Отаго центр принимает участие в программе под названием Science Wananga, которая проводится на марэ и направлена на установление связей с общинами маори и создание возможностей обучения для школьников и ученых. Научные темы выбираются сообществом и школами и часто включают полевые работы и практические занятия. Участвуют научные сотрудники вузов и аспиранты. Все остаются на мараэ вместе, а по вечерам кауматуа делятся своими традиционными знаниями и наукой. [149] [150] [151]
Некоторые из информационно-пропагандистских мероприятий центра сосредоточены на устранении гендерного дисбаланса в физических науках путем поощрения большего числа девочек и женщин к участию. Центр сотрудничал с музеем Отаго и институтом МакДиармида для реализации проекта под названием Full STE (a) M Ahead, направленного на построение отношений между молодыми людьми в регионах Данидин и Саутленд с образцами для подражания и наставниками, участвующими в предметах STEM . В программе мастер-классы, панельные дискуссии и выставка портретов « 100 женщин, 100 слов - безграничные возможности».Выставка направлена на то, чтобы изменить представление молодых людей о том, кто такие ученые: на ней будут представлены фотографии 100 женщин, назначенных членами сообщества, а также подпись из ста слов, описывающих роль STEM в их жизни. [152] [153]
Центр организовал и принял участие в ряде мероприятий, посвященных Международному женскому дню, включая серию семинаров для школьников и преподавателей в музее Отаго в 2019 году [154] и выступление Кэтэр Симпсон для 200 старшеклассников в Институте периметра. ежегодная конференция «Вдохновляя женщин будущего в науке». [155] В 2018 году они провели панельную дискуссию на тему лидерства женщин в науке и промышленности, чтобы отпраздновать 125-ю годовщину получения женщинами права голоса в Новой Зеландии . [130]
Центр Додда-Уоллса внес свой вклад в развитие научной выставки Might Small Mighty Bright, которая гастролирует по Новой Зеландии. Эта выставка, разработанная в сотрудничестве с MOTAT , Музеем Отаго и Институтом МакДиармида , приглашает посетителей изучить фотонику, передовые материалы и нанотехнологии посредством практических экспериментов и дает примеры нововведений Новой Зеландии. [156] Центр также участвует в интерактивных семинарах, сочетающих физику и театральное искусство. [157]
У Схолии есть профиль организации в Центре Додда-Уоллса . |