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二月 06, 2023
腔量子电动力学, 腔量子電動力學, cavity, quantum, electrodynamics, 簡稱, cavity, cqed, 描述了被微腔中的光場與其它粒子, 例如原子, 之間的相互作用, 對强作用所作出的研究, 為量子邏輯提供了的一種實現途徑, 這就是建造量子计算机的原理之一, 目录, 傑恩斯, 卡明斯模型描述, 原理, 歷史, 物理學諾貝爾獎, 註釋, 參考文獻傑恩斯, 卡明斯模型描述, 编辑在光學腔内單個雙態原子的物理行为, 可以用傑恩斯, 卡明斯模型来做数学描述, 原子與光子會共同進行真空拉比. 腔量子電動力學 Cavity quantum electrodynamics 簡稱 cavity QED 或 CQED 描述了被微腔中的光場與其它粒子 例如原子 之間的相互作用 對强作用腔量子电动力学所作出的研究 為量子邏輯提供了的一種實現途徑 這就是建造量子计算机的原理之一 目录 1 傑恩斯 卡明斯模型描述 2 原理 3 歷史 4 物理學諾貝爾獎 5 註釋 6 參考文獻傑恩斯 卡明斯模型描述 编辑在光學腔内單個雙態原子的物理行为 可以用傑恩斯 卡明斯模型来做数学描述 原子與光子會共同進行真空拉比振荡 英语 vacuum Rabi oscillation 以方程式表達為 e n 1 g n displaystyle e rangle n 1 rangle leftrightarrow g rangle n rangle 其中 e displaystyle begin smallmatrix e rangle end smallmatrix 表示一個受激原子 n 1 displaystyle begin smallmatrix n 1 rangle end smallmatrix 表示n 1個光子 g displaystyle begin smallmatrix g rangle end smallmatrix 表示一個基态原子 n displaystyle begin smallmatrix n rangle end smallmatrix 表示n個光子如果腔場與原子跃迁發生共振 經過一個半週期的振荡 腔場從開始沒有光子的量子態 由於相干性地與原子交互作用 變為零光子與單光子的疊加態 如同以下方程所示 a g b e 0 g a 0 b 1 displaystyle alpha g rangle beta e rangle 0 rangle leftrightarrow g rangle alpha 0 rangle beta 1 rangle 並且 再度重複這機制 就可交換回原本狀態 這可被利用成為單光子源 或成為原子或囚禁离子量子计算机 英语 trapped ion quantum computer 與光量子通信 英语 optical quantum communication 之間的接口 相互作用的持續時間如果不同 則會在原子與腔場間製成不同程度的纠缠 比方說 一個初始態為 e 0 displaystyle begin smallmatrix e rangle 0 rangle end smallmatrix 的四分之一週期的共振 會製成最大纠缠态 e 0 g 1 2 displaystyle begin smallmatrix e rangle 0 rangle g rangle 1 rangle sqrt 2 end smallmatrix 理論而言 這可以用來製作量子计算机 原理 编辑被受困在微腔中的電磁場模式會因腔的邊界制約而被增強或抑制 微腔對電磁場模式的改變與对真空的改變是相似的 這有點類似高質量天體 黑洞 中子星等 對時空的改變 當原子处于受控微腔的真空場內 其自发辐射是可控的 原子最外層電子的跃迁 高能到低能 是造成原子發射出一個光子的原因 受激原子的最外層電子以很高的频率振荡并輻射電磁波 如果把激發態原子放置于腔場中 光子可能無法存在與腔場中而導致原子長時間處於激發態 原子最外層電子的輻射會因腔場的不同而改變 歷史 编辑雖然早在1916年 物理學家愛因斯坦就曾提出了原子自發輻射的概念 但他並不知道造成自發輻射的原因 很長一段時間以來 人們普遍認為這種輻射是一種原子的固有屬性 諸如質量 自旋 電荷等 是無法被改變的 隨著人們對量子點動力學的發展 對真空認識的逐漸加深 這種輻射被看做真空對原子相互作用的結果 而非孤立原子的自發行為 1946年 Purcell發現 在一定条件下 腔內原子的自发辐射率與處於自由空间中原子的自发辐射並不相同 1 1960年 Drexhage观察到 腔場會導致自发辐射的改变 2 1963年 傑恩斯和卡明斯建立了傑恩斯 卡明斯模型 用於描述光與原子之間的相互作用 3 實現 CQED 的關鍵是取得高品质腔 早期為了獲取高品質腔 人們利用了高品质石英微球中的所谓回音壁模型 4 5 6 7 8 使得腔的損耗與體積被大大降低了 法国ENS的Haroche小组更是獲得了品质因数為10 11的腔場 9 20世纪90年代 利用冷原子激素和光子廣電測試激素 當原子的傑恩斯 卡明斯模型得到了很好的实验检验 10 1992年以后 原子 光子耦合構與微損耗腔場共同組成了一個糾纏系統 目前少有的實驗室下可以觀察到的單粒子行為的系統之一 物理學諾貝爾獎 编辑基於塞尔日 阿罗什與戴维 瓦恩兰對量子系統控制做出的貢獻 2012年物理學諾貝爾獎被頒布給了這兩位科學家 法國物理學家阿罗什建立了物理學的新领域 腔量子電動力學 其通過光學腔或微波腔來控制原子屬性 阿罗什專注於微波實驗 將微波技術反過來使用 即使用腔量子電動力學來控制單獨光子的物理性質 在一系列突破性的实验中 阿罗什利用腔量子電動力學 實現了許多著名實驗 例如薛定谔猫实验 11 量子測量 12 量子計算 13 14 量子態製備 15 量子通信 16 等 在這些實驗哩 量子系統是處於兩個不同的量子態所組成的疊加態 直到接受量子測量為止 这種的状态极其脆弱 人們正在利用該技術來發展量子计算机 註釋 编辑 Purcell E M Phys Rev 1945 69 681 缺少或 title 为空 帮助 Drexhage K H Prigress in Optics ed by Wolf E New York North Holland 1974 Jaynes E T Cummings F W Proc 1963 58 89 缺少或 title 为空 帮助 Braginsky V B Ilchenko V S Sov Phys Dokl 1987 32 307 缺少或 title 为空 帮助 Braginsky V B Gorodetsky et al Phys Lett 18987 173 393 请检查 date 中的日期值 帮助 缺少或 title 为空 帮助 引文格式1维护 显式使用等标签 link Collot L Lefevre Sequin V Brune M et al Europhys Lett 1993 23 372 缺少或 title 为空 帮助 引文格式1维护 显式使用等标签 link 金乐天 王克逸 周绍祥 物理 2002 31 642 缺少或 title 为空 帮助 gorodetsky M L et al Opt Lett 1996 21 453 缺少或 title 为空 帮助 引文格式1维护 显式使用等标签 link Haroche S Kleppner D Phys Today 1989 1 24 缺少或 title 为空 帮助 Vuckovic J Loncar M Mabuchi H et al Phys Rev 2002 55 016608 缺少或 title 为空 帮助 引文格式1维护 显式使用等标签 link Schrodinger E Die Gegenwartige Situation Der Quantenmechanik Naturwissenschaften 1935 23 807 Thorne K S et al Quantum Measurement Cambridge University Press 1992 引文格式1维护 显式使用等标签 link Pellizzar T Gardliner S Cirac J I et al Phys Rev lett 1955 75 3788 缺少或 title 为空 帮助 引文格式1维护 显式使用等标签 link Turchette Q A Hood J I Mabuchi H ea al Phys Rev Lett 1995 75 4710 缺少或 title 为空 帮助 Parkins A S Marte P Zoller P et al Phys Rev Lett 1993 71 3095 缺少或 title 为空 帮助 引文格式1维护 显式使用等标签 link Cirac J I Zoller P Kimble J H et al Phys Rev Lett 1997 44 1727 缺少或 title 为空 帮助 引文格式1维护 显式使用等标签 link 參考文獻 编辑Hamish Johnston Quantum control pioneers bag 2012 Nobel Prize for Physics physicsworld com 2012 2016 05 16 原始内容存档于2017 12 27 Herbert Walther Benjamin T H Varcoe Berthold Georg Englert and Thomas Becker Cavity quantum electrodynamics Rep Prog Phys 2006 69 5 1325 1382 Bibcode 2006RPPh 69 1325W doi 10 1088 0034 4885 69 5 R02 Microwave wavelengths atoms passing through cavity R Miller T E Northup K M Birnbaum A Boca A D Boozer and H J Kimble Trapped atoms in cavity QED coupling quantized light and matter J Phys B At Mol Opt Phys 2005 38 9 S551 S565 Bibcode 2005JPhB 38S 551M doi 10 1088 0953 4075 38 9 007 Optical wavelengths atoms trapped 取自 https zh wikipedia org w index php title 腔量子电动力学 amp oldid 74980190, 维基百科，wiki，书籍，书籍，图书馆，
