Kontrola nad fotonami „w pudle”, badania nad klasyczną granicą teorii kwantowej

Haroche, S.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Kontrola nad fotonami „w pudle”, badania nad klasyczną granicą teorii kwantowej

Autorzy

Haroche S.

Wybrane pełne teksty z tego czasopisma

https://www.ptf.net.pl/PF/archiwum

Identyfikatory

Warianty tytułu

Języki publikacji

Abstrakty

Fotony promieniowania mikrofalowego pułapkowane we wnęce rezonansowej to doskonały układ do realizacji niektórych eksperymentów myślowych zaproponowanych przez ojców mechaniki kwantowej. Ich oddziaływanie z atomami w stanach rydbergowskich, przechodzącymi przez takie wnęki, ilustruje fundamentalne koncepcje teorii pomiaru. Eksperymenty z „pudłami fotonów” prowadzone w Ecole Normale Supérieure (ENS), należą do dziedziny elektrodynamiki wnęk rezonansowych (cavity quantum electrodynamics, cQED). Przeprowadziliśmy doświadczenia polegające na nieniszczącym zliczaniu fotonów, rejestracji kwantowych skoków pola oraz przygotowaniu i rekonstrukcji stanów promieniowania typu „kot Schrödingera”. Zbadaliśmy również dekoherencję takich stanów, co pozwoliło na piękne zilustrowanie procesów towarzyszących przejściu od świata kwantowego do klasycznego. Badania te pozwoliły także na sprawdzenie podstawowych idei teorii informacji kwantowej (quantum information processing), wliczając w to zjawisko deterministycznego splątania atomów i kwantowe bramki logiczne, przetwarzające bity kwantowe (kubity, qbits) – zarówno atomowe, jak i fotonowe. Poniższy wykład rozpoczyna wskazanie związków eksperymentów prowadzonych w ENS z badaniami nad pułapkami jonów Davida Winelanda, którego wkład w badania nad kontrolą pojedynczych cząstek omówiony jest szerzej w osobnym wykładzie. Następnie przedstawione zostaną moje własne wspomnienia z czasów pierwszych badań nad elektrodynamiką wnęk rezonansowych oraz najważniejsze eksperymenty prowadzone w ENS w ostatnich 20 latach. Wykład kończy dyskusja porównująca nasze badania z innymi badaniami dotyczącymi kontroli pojedynczych cząstek kwantowych.

Słowa kluczowe

fotony teoria kwantowa jony bity kwantowe kwantowe bramki logiczne informacja kwantowa kot Schrödingera

Wydawca

Polskie Towarzystwo Fizyczne

Czasopismo

Postępy Fizyki

Rocznik

2014

Tom

T. 65, z. 1-6

Strony

1--24

Opis fizyczny

Bibliogr. 122 poz., fot., rys.

Twórcy

autor

Haroche S.

Laboratoire Kastler Brossel de l'Ecole Normale Supérieure, Paryż oraz College de France, Paryż, Francja

Bibliografia

[1] Aspect, A., J. Dalibard, G. Roger, 1982, Phys. Rev. Lett. 49, 1804.
[2] Auffeves, A., P. Maioli, T. Meunier, S. Gleyzes, G. Nogues, M. Brune, J.-M. Raimond, S. Haroche, 2003, Phys. Rev. Lett. 91, 230405.
[3] Bennett, C. H., G. Brassard, 1984, w Proceedings of the IEEE International Conference on Computers, Systems Signal Processing (IEEE, New York), 175.
[4] Bernu, J., S. Deléglise, C. Sayrin, S. Kuhr, I. Dotsenko, M. Brune, J.-M. Raimond, S. Haroche, 2008, Phys. Rev. Lett. 101, 180402.
[5] Bertet, P., S. Osnaghi, A. Rauschenbeutel, G. Nogues, A.Auffeves, M. Brune, J.-M. Raimond, S. Haroche, 2001, Nature (London) 411, 166.
[6] Bohr, N., 1949, Discussion with Einstein on epistemological problems in atomic physics, w Albert Einstein, Philosopher-scientist, Paul Arthur Shilpp (red., Harper, New York).
[7] Bonifacio, R., P. Schwendimann, F. Haake, 1971, Phys. Rev. A 4, 302.
[8] Bouwmeester, D., J. M. Pan, K. Mattle, M. Eibl, H. Weinfurter, A. Zeilinger, 1997, Nature (London) 390, 575.
[9] Braginsky, V. B., F. Y. Khalili, 1996, Rev. Mod. Phys. 68, 1.
[10] Braginsky, V. B., Y. I. Vorontosov, F. Y. Khalili,1977, Zh. Eksp. Teor. Fiz. 73, 1340 [Sov. Phys. JETP 46, 705 (1977)].
[11] Braginsky, V. B., S. P. Vyatchanin, 1981, Dokl. Akad. Nauk SSSR 259, 570 [Sov. Phys. Dokl. 26, 686 (1981)].
[12] Brune, M., J. Bernu, C. Guerlin, S. Deléglise, C. Sayrin, S. Gleyzes, S. Kuhr, I. Dotsenko, J.-M. Raimond, S. Haroche, 2008, Phys. Rev. Lett. 101, 240402.
[13] Brune, M., E. Hagley, J. Dreyer, X. Maïtre, A. Maali, C. Wunderlich, J.-M. Raimond, S. Haroche, 1996, Phys. Rev. Lett. 77, 4887.
[14] Brune, M., S. Haroche, V. Lefevre-Seguin, J.-M. Raimond, N. Zagury, 1990, Phys. Rev. Lett. 65, 976.
[15] Brune, M., S. Haroche,J.-M. Raimond, L. Davidovich, N. Zagury, 1992, Phys. Rev. A 45, 5193.
[16] Brune, M., J.-M. Raimond, P. Goy, L. Davidovich, S. Haroche, 1987, Phys. Rev. Lett. 59, 1899.
[17] Brune, M., F. Schmidt-Kaler, A. Maali, J. Dreyer, E. Hagley, J.-M. Raimond, S. Haroche, 1996, Phys. Rev. Lett. 76, 1800.
[18] Chan, J., T. P. M. Alegre, A. H. Safavi-Naeini, J. T. Hill, A. Krause, S. Groblacher, M. Aspelmeyer, O. Painter, 2011, Nature (London) 478, 89.
[19] Chu, S., 1998, Rev. Mod. Phys. 70, 685.
[20] Cohen-Tannoudji, C., 1962a, Ann. Phys. (Paris) 7, 423.
[21] Cohen-Tannoudji, C., 1962b, Ann. Phys. (Paris) 7, 469.
[22] Cohen-Tannoudji, C., 1998, Rev. Mod. Phys. 70, 707.
[23] Cohen-Tannoudji, C., S. Haroche, 1965, C. R. Acad. Sci., Paris 261, 5400.
[24] Cohen-Tannoudji, C., S. Haroche, 1969, J. Phys. France 30, 153.
[25] Cohen-Tannoudji, C., S. Haroche, C. Audoin, J.-P. Schermann, 1970, Phys. Rev. Lett. 24, 861.
[26] Deléglise, S., I. Dotsenko, C. Sayrin, J. Bernu, M. Brune, J.-M. Raimond, S. Haroche, 2008, Nature (London) 455, 510.
[27] Deutsch, D., R. Josza, 1992, Proc. R. Soc. A 439, 553.
[28] Dicke, R. H., 1954, Phys. Rev. 93, 99.
[29] Dotsenko, I., M. Mirrahimi, M. Brune, S. Haroche, J.-M. Raimond, and P. Rouchon, 2009, Phys. Rev. A 80, 013805.
[30] Dukas, T. W., M. G. Littman, R. R. Freeman, D. Kleppner, 1975, Phys. Rev. Lett. 35, 366.
[31] Eberly, J. H., N. B. Narozhny, J. J. Sanchez-Mondragon, 1980, Phys. Rev. Lett. 44, 1323.
[32] Ekert, A., 1991, Phys. Rev. Lett. 67, 661.
[33] Ekert, A., R. Josza, 1996, Rev. Mod. Phys. 68, 733.
[34] Fabre, C., P. Goy, S. Haroche, 1977, J. Phys. B. Letters 10, L-183.
[35] Fabre, C., P. Goy, S. Haroche, 1978, Phys. Rev. A 18, 229.
[36] Feynman, R., 1985, Opt. News 11, 11.
[37]Fink, J. M., M. Göppl, M. Baur, R. Bianchetti, P. J. Leek, A. Blais, and A. Wallraff, 2008, Nature (London) 454, 315.
[38] Freedman, S. J., J. F. Clauser, 1972, Phys. Rev. Lett. 28, 938.
[39] Gabor, D., 1971, Holography 1948–1971, wykład noblowski, Nobelprize.org.
[40] Gabrielse, G., H. Dehmelt, 1985, Phys. Rev. Lett. 55, 67.
[41] Garcia-Ripoli, J. J., J. I. Cirac, 2003, Phil. Trans. R. Soc.A361, 1537.
[42] Giovannetti, V., S. Lloyd, L. Maccone, 2011, Nat. Photonics 5, 222.
[43] Gisin, N., G. G. Ribordy, W. Tittel, H. Zbinden, 2002, Rev. Mod. Phys. 74, 145.
[44] Giulini, D., E. Joos, C. Kiefer, J. Kupsch, I. O. Stamatescu, H. D. Zeh, 1996, Decoherence the Appearance of a Classical World in Quantum Theory (Springer, Berlin).
[45] Glauber, R. J., 1963, Phys. Rev. 131, 2766.
[46] Gleyzes, S., S. Kuhr, C. Guerlin, J. Bernu, S. Deleglise, U. Busk Hoff, M. Brune, J.-M. Raimond, S. Haroche, 2007, Nature (London) 446, 297.
[47] Goy, P., J.-M. Raimond, M. Gross, S. Haroche, 1983, Phys. Rev. Lett. 50, 1903.
[48] Grangier, P., J.A. Levenson, J. P. Poizat, 1998, Nature (London) 396, 537.
[49] Gross, M., P. Goy, S. Haroche, C. Fabre,J.-M. Raimond,1979, Phys. Rev. Lett. 43, 343.
[50] Gross, M., S. Haroche, 1982, Phys. Rep. 93, 301.
[51] Guerlin, C., J. Bernu, S. Deléglise, C. Sayrin, S. Gleyzes, S. Kuhr, M. Brune, J.-M. Raimond, S. Haroche, 2007, Nature (London) 448, 889.
[52] Hagley, E., X. Maïtre, G. Nogues, C. Wunderlich, M. Brune, J.-M. Raimond, S. Haroche, 1997, Phys. Rev. Lett. 79, 1.
[53] Haroche, S., 1971a, Ann. Phys. (Paris) 6, 189.
[54] Haroche, S., 1971b, Ann. Phys. (Paris) 6, 327.
[55] Haroche, S., 1984, in Les Houches Summer School Lecture Notes, G. Grynberg, R. Stora (red., North-Holland, Amsterdam).
[56] Haroche, S., 2013, Autobiography, ukaże się na Nobelprize. org.
[57] Haroche, S., M. Brune, J.-M. Raimond, 2013, Phys. Today 66, No. 1, 27.
[58] Haroche, S., C. Cohen-Tannoudji, 1969, J. Phys. (France) 30, 125.
[59] Haroche, S., M. Gross, M. Silverman, 1974, Phys. Rev. Lett. 33, 1063.
[60] Haroche, S., D. Kleppner, 1989, Phys. Today 42, No. 1, 24.
[61] Haroche, S., J. Paisner, A. L. Schawlow, 1973, Phys. Rev. Lett. 30, 948.
[62] Haroche, S. J.-M. Raimond, 1996, Phys. Today 49, No. 8, 51.
[63] Haroche, S., J.-M. Raimond, 2006, Exploring the Quantum: Atoms, Cavities Photons (Oxford University Press, Oxford, England).
[64] Hofheinz, M., E. M. Weig, M. Ansman, R.C. Bialczak, E. Lucero, M. Neeley, A. D. O’Connell, H. Wang, J. M. Martinis, A. N. Cleland, 2008, Nature (London) 454, 310.
[65] Hofheinz, M., E. M. Weig, M. Ansman, R.C. Bialczak, E. Lucero, M. Neeley, A. D. O’Connell, D. Sank, J. Wenner, J. M. Martinis, A. N. Cleland, 2009, Nature (London) 459, 546.
[66] Hulet, R. G., E. S. Hilfer, D. Kleppner, 1985, Phys. Rev. Lett. 55, 2137.
[67] Hulet, R. G., D. Kleppner, 1983, Phys. Rev. Lett. 51, 1430.
[68] Jaksch, D., P. Zoller, 2005, Ann. Phys. (Amsterdam) 315, 52.
[69] Jaynes, E. T., F. W. Cummings, 1963, Proc. IEEE 51, 89.
[70] Jhe, W., A. Anderson, E. Hinds, D. Meschede, L. Moi, S. Haroche, 1987, Phys. Rev. Lett. 58, 666.
[71] Kaluzny, Y., P. Goy, M. Gross, J.-M. Raimond, S. Haroche, 1983, Phys. Rev. Lett. 51, 1175.
[72] Kimble, H. J., 2008, Nature (London) 453, 1023.
[73] Kirchmair, G., B. Vlastakis, Z. Leghtas, S. E. Nigg, H. Paik, E. Ginossar, M. Mirrahimi, L. Frunzio, S. M. Girvin, R. J. Schoelkopf, 2013, Nature (London) 495, 205.
[74] Kleppner, D., 1981, Phys. Rev. Lett. 47, 233.
[75] Kuhr, S., S. Gleyzes, C. Guerlin, J. Bernu, U-B. Hoff, S. Deléglise, S. Osnaghi, M. Brune,J-M. Raimond, S. Haroche, E. Jacques, P. Bosland, B. Visentin, 2007, Appl. Phys. Lett. 90, 164101.
[76] Mabuchi, H., A.C. Doherty, 2002, Science 298, 1372.
[77] Maioli, P., T. Meunier, S. Gleyzes, A. Auffeves, G. Nogues, M. Brune, J.-M. Raimond, S. Haroche, 2005, Phys. Rev. Lett. 94, 113601.
[78] Maître, X., E. Hagley, G. Nogues, C. Wunderlich, P. Goy, M. Brune, J.-M. Raimond, S. Haroche, 1997, Phys. Rev. Lett. 79, 769.
[79] Meekhof, D. M., C. Monroe, B. E. King,W. M. Itano, D. J.Wineland, 1996, Phys. Rev. Lett. 76, 1796.
[80] Meschede, D., H. Walther, G. Muller, 1985, Phys. Rev. Lett. 54, 551.
[81] Meunier, T., S. Gleyzes, P. Maioli, A. Auffeves, G. Nogues, M. Brune, J.-M. Raimond, S. Haroche, 2005, Phys. Rev. Lett. 94, 010401.
[82] Meystre, P., G. Rempe, H. Walther, 1988, Opt. Lett. 13, 1078.
[83] Negretti, A., P. Treutlein, T. Calarco, 2011, Quantum Inf. Process. 10, 721.
[84] Nielsen, M.A., I. L. Chuang, 2000, Quantum Computation Quantum Information (Cambridge University Press, Cambridge, England).
[85] Nikolaus, B., D. Z. Zangh, P. Toscheck, 1981, Phys. Rev. Lett. 47, 171.
[86] Nogues, G., A. Rauschenbeutel, S. Osnaghi, M. Brune, J.-M. Raimond, S. Haroche, 1999, Nature (London) 400, 239.
[87] Nussenzveig, P., F. Bernardot, M. Brune, J. Hare, J.-M. Raimond, S. Haroche, W. Gawlik, 1993, Phys. Rev. A 48, 3991.
[88] Osnaghi, S., P. Bertet, A. Au×eves, P. Maioli, M. Brune, J.-M. Raimond, S. Haroche, 2001, Phys. Rev. Lett. 87, 037902.
[89] Ourjoumtsev, A., H. Jeong, R. Tualle-Brouri, P. Grangier, 2007, Nature (London) 448, 784.
[90] Peil, S., G. Gabrielse, 1999, Phys. Rev. Lett. 83, 1287.
[91] Phillips, W. D., 1998, Rev. Mod. Phys. 70, 721.
[92] Purcell, E. M., 1946, Phys. Rev. 69, 681.
[93] Raimond,J.-M., M. Brune, S. Haroche, 2001,Rev. Mod. Phys. 73, 565.
[94] Raimond, J.-M., P. Facchi, B. Peaudecerf, S. Pascazio, C. Sayrin, I. Dotsenko, S. Gleyzes, M. Brune, S. Haroche, 2012, Phys. Rev. A 86, 032120.
[95] Raimond, J.-M., P. Goy, M. Gross, C. Fabre, S. Haroche, 1982a, Phys. Rev. Lett. 49, 1924.
[96] Raimond, J.-M., P. Goy, M. Gross, C. Fabre, S. Haroche, 1982b, Phys. Rev. Lett. 49, 117.
[97] Raimond, J.-M., C. Sayrin, S. Gleyzes, I. Dotsenko, M. Brune, S. Haroche, P. Facchi, S. Pascazio, 2010, Phys. Rev. Lett. 105, 213601.
[98] Ramsey, N. F., 1949, Phys. Rev. 76, 996.
[99] Rauschenbeutel, A., P. Bertet, S. Osnaghi, G. Nogues, M. Brune, J.-M. Raimond, S. Haroche, 2001, Phys. Rev. A 64, 050301(R).
[100] Rauschenbeutel, A., G. Nogues, S. Osnaghi, P. Bertet, M. Brune, J.-M. Raimond, S. Haroche, 1999, Phys. Rev. Lett. 83, 5166.
[101] Rauschenbeutel, A., G. Nogues, S. Osnaghi, P. Bertet, M. Brune, J.-M. Raimond, S. Haroche, 2000, Science 288, 2024.
[102] Reed, M. D., L. DiCarlo, S. E. Nigg, L. Sun, L. Frunzio, S. M. Girvin, R. J. Schoelkopf, 2012, Nature (London) 482, 382.
[103] Reithmaier, J. P., 2008, Semicond. Sci. Technol. 23, 123001.
[104] Rempe, G., 2009, w Proceedings of Lasers Electro-optics 2009 and the European Quantum Electronics Conference CLEO Europe-EQEC (IEEEXplore).
[105] Rempe, G., F. Schmidt-Kaler, H. Walther, 1990, Phys. Rev. Lett. 64, 2783.
[106] Rocheleau, T., T. Ndukum, C. Macklin, J. B. Hertzberg, A.A. Clerk, and K.C. Schwab, 2009, Nature (London) 463, 72.
[107] Savage, C. M., S. L. Braunstein, D. F. Walls, 1990, Opt. Lett. 15, 628.
[108] Sayrin, C., I. Dotsenko, X. X. Zhou, B. Peaudecerf, T. Rybarczyk, S. Gleyzes, P. Rouchon, M. Mirrahimi, H. Amini, M. Brune, J-M. Raimond, S. Haroche, 2011, Nature (London) 477, 73.
[109] Schindler, P., J. T. Barreiro, T. Monz, V. Nebendahl, D. Nigg, M. Chwalla, M. Hennrich, R. Blatt, 2011, Science 332, 1059.
[110] Schleich, W., 2005, Quantum Optics in Phase Space (Wiley, New York).
[111] Schneider, C., D. Porras, T. Schaetz, 2012, Rep. Prog. Phys. 75, 024401.
[112] Schoelkopf, R. J., S. M. Girvin, 2008, Nature (London) 451, 664.
[113] Schrödinger, E., 1935, Naturwissenschaýen 23, 844.
[114] Schrödinger, E., 1952, Brit. J. Philos. Sci. 3, 233.
[115] Schuster, D. I., A.A. Houck, J.A. Schreier, A. Wallraff, J. M. Gambetta, A. Blais, L. Frunzio, J. Majer, B. Johnson, M. Devoret, S. M. Girvin, R. J. Schoelkopf, 2007, Nature (London) 445, 515.
[116] Scully, M. O., B.-G. Englert, H. Walther, 1991, Nature (London) 351, 111.
[117] Shor, P. W., 1994, w Proceedings of the 35th Annual Symposium on the Foundations of Computer Science (IEEE Computer Society Press, Los Alamitos, CA), 124.
[118] Smithey, D. T., M. Beck, M. G. Raymer, 1993, Phys. Rev. Lett. 70, 1244.
[119] Thompson, R. J., G. Rempe, H. J. Kimble, 1992, Phys. Rev. Lett. 68, 1132.
[120] Walther, P., K. J. Resch, T. Rudolph, E. Schenck, H. Weinfurter, V. Vedral, M.Aspelmeyer, A. Zeilinger, 2005, Nature (London) 434, 169.
[121] Zhou, X. X., I. Dotsenko, B. Peaudecerf, T. Rybarczyk, C. Sayrin, S. Gleyzes, J.-M. Raimond, M. Brune, S. Haroche, 2012, Phys. Rev. Lett. 108, 243602.
[122] Zurek, W. H., 1991, Phys. Today 44, No. 10, 36.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-e161f8d4-52fd-4a19-a98f-357a5a7e8195