Electrodinamica cuantică a cavității

Electrodinamica cuantică a cavității (cavity QED) este studiul interacțiunii dintre lumina limitată într-o cavitate reflectorizantă și atomi sau alte particule, în condițiile în care natura cuantică a fotonilor este semnificativă. În principiu, ar putea fi folosită pentru a construi un computer cuantic.

Cazul unui singur atom cu 2 niveluri din cavitate este descris matematic de modelul Jaynes–Cummings și suferă oscilații Rabi în vid |e⟩|n − 1⟩ ↔ |g⟩|n⟩, adică între un atom excitat și fotoni și o stare fundamentală atom și n fotoni.

Dacă cavitatea este în rezonanță cu tranziția atomică, o jumătate de ciclu de oscilație care începe fără fotoni schimbă în mod coerent starea qubitului atomului pe câmpul cavității, (α|g⟩ + β|e⟩)|0⟩ ↔ |g⟩(α|0⟩ + β|1⟩), și poate fi repetat pentru a-l schimba din nou; aceasta ar putea fi folosită ca o singură sursă de fotoni (începând cu un atom excitat) sau ca o interfață între un atom sau un computer cuantic cu ioni prinși și comunicarea cuantică optică.

Alte durate de interacțiune creează inseparare între câmpul de atom și cavitate; de exemplu, un sfert de ciclu pe rezonanță începând de la |e⟩|0⟩ oferă starea de inseparabilitate maximă (o stare Bell) (|e⟩|0⟩ + |g⟩|1⟩)/√2. Acesta poate fi folosit, în principiu, ca un computer cuantic, echivalent matematic cu un computer cuantic cu ioni prinși cu fotoni din cavitate care înlocuiesc fononii.

Premiul Nobel pentru Fizică

Premiul Nobel pentru fizică în 2012 a fost acordat lui Serge Haroche și David Wineland pentru munca lor privind controlul sistemelor cuantice.[1]

Haroche împarte jumătate din premiu pentru dezvoltarea unui nou domeniu numit electrodinamică cuantică a cavităților (CQED) – prin care proprietățile unui atom sunt controlate prin plasarea acestuia într-o cavitate optică sau cu microunde. Haroche s-a concentrat pe experimentele cu microunde și a inversat tehnica – folosind CQED pentru a controla proprietățile fotonilor individuali.[1]

Într-o serie de experimente inovatoare, Haroche a folosit CQED pentru a realiza faimosul experiment cu pisici al lui Schrödinger, în care un sistem se află într-o suprapunere a două stări cuantice foarte diferite până când se face o măsurătoare pe sistem. Astfel de stări sunt extrem de fragile, iar tehnicile dezvoltate pentru a crea și măsura stările CQED sunt acum aplicate la dezvoltarea computerelor cuantice.

1. Johnston, Hamish (9 October 2012). „Quantum-control pioneers bag 2012 Nobel Prize for Physics”. Physics World. London.

(Include texte traduse și adaptate din Wikipedia de Nicolae Sfetcu)