Квантовая электродинамика резонатора - Cavity quantum electrodynamics

Квантовая электродинамика резонатора (полость QED) - это исследование взаимодействия света, заключенного в отражающей полость а также атомы или другие частицы в условиях, когда важна квантовая природа световых фотонов. В принципе, его можно было бы использовать для построения квантовый компьютер.

Случай одиночного двухуровневого атома в резонаторе математически описывается формулой Модель Джейнса – Каммингса, и проходит вакуумные колебания Раби ${displaystyle | eangle | n-1angle leftrightarrow | gangle | nangle}$ , то есть между возбужденным атомом и ${displaystyle n-1}$ фотонов и атома в основном состоянии и ${displaystyle n}$ фотоны.

Если полость находится в резонансе с атомным переходом, полупериод колебаний, начинающийся без фотонов, когерентно меняет состояние кубита атома на поле полости, ${displaystyle (alpha | gangle + eta | eangle) | 0angle leftrightarrow | gangle (alpha | 0angle + eta | 1angle)}$ , и можно повторить, чтобы снова поменять местами; это может быть использовано в качестве источника одиночных фотонов (начиная с возбужденного атома) или в качестве интерфейса между атомом или квантовый компьютер с захваченными ионами и оптический квантовая связь.

Другая продолжительность взаимодействия создает запутанность между атомом и полем полости; например, четверть цикла на резонансе, начиная с ${displaystyle | eangle | 0angle}$ дает максимально запутанное состояние (а Состояние колокола ) ${displaystyle (| eangle | 0angle + | gangle | 1angle) / {sqrt {2}}}$ . В принципе, это можно использовать как квантовый компьютер, математически эквивалентен квантовый компьютер с захваченными ионами с фотонами резонатора, заменяющими фононы.

Нобелевская премия по физике

В Нобелевская премия по физике 2012 г. был присужден Серж Гарош и Дэвид Вайнленд за их работу по управлению квантовыми системами.^[1]

Харош родился в 1944 году в Касабланке, Марокко, а в 1971 году получил докторскую степень в Университете Пьера и Марии Кюри в Париже. Он разделяет половину приза за разработку новой области, называемой квантовой электродинамикой резонатора (CQED), в которой свойства атома контролируются путем помещения его в оптический или микроволновый резонатор. Харош сосредоточился на микроволновых экспериментах и перевернул технику с ног на голову - используя CQED для управления свойствами отдельных фотонов.^[1]

В серии новаторских экспериментов Харош использовал CQED для реализации знаменитого эксперимента Шредингера с кошкой, в котором система находится в суперпозиции двух очень разных квантовых состояний, пока в системе не будет произведено измерение. Такие состояния чрезвычайно хрупки, и методы, разработанные для создания и измерения состояний CQED, теперь применяются при разработке квантовых компьютеров.

Рекомендации

Герберт Вальтер; Бенджамин Т. Х. Варко; Бертольд-Георг Энглерт; Томас Беккер (2006). «Квантовая электродинамика резонаторов». Rep. Prog. Phys. 69 (5): 1325–1382. Bibcode:2006RPPh ... 69,1325 Вт. Дои:10.1088 / 0034-4885 / 69/5 / R02. Длины микроволновых волн, атомы, проходящие через резонатор
Р. Миллер; Т. Э Нортап; К. М. Бирнбаум; Бока; A D Boozer; Х. Дж. Кимбл (2005). «Захваченные атомы в полости QED: связь квантованного света и материи». J. Phys. Летучая мышь. Мол. Опт. Phys. 38 (9): S551 – S565. Bibcode:2005JPhB ... 38S.551M. Дои:10.1088/0953-4075/38/9/007. Длины оптических волн, захваченные атомы

^ ^а ^б Джонстон, Хэмиш (9 октября 2012 г.). "Пионеры квантового управления получили Нобелевскую премию по физике 2012 г.". Мир физики. Лондон. Получено 2013-10-09.

[HJon-1] а ^б Джонстон, Хэмиш (9 октября 2012 г.). "Пионеры квантового управления получили Нобелевскую премию по физике 2012 г.". Мир физики. Лондон. Получено 2013-10-09.

[1]