Électrodynamique quantique des cavités - Cavity quantum electrodynamics

L'électrodynamique quantique des cavités ( cavité QED ) est l'étude de l'interaction entre la lumière confinée dans une cavité réfléchissante et les atomes ou autres particules, dans des conditions où la nature quantique des photons lumineux est significative. Il pourrait en principe être utilisé pour construire un ordinateur quantique .

Le cas d'un atome unique à 2 niveaux dans la cavité est mathématiquement décrit par le modèle de Jaynes – Cummings et subit des oscillations de Rabi sous vide , c'est-à-dire entre un atome excité et des photons, et un atome et des photons à l' état fondamental . ${\ displaystyle | e \ rangle | n-1 \ rangle \ leftrightarrow | g \ rangle | n \ rangle}$${\ displaystyle n-1}$${\ displaystyle n}$

Si la cavité est en résonance avec la transition atomique, un demi-cycle d'oscillation commençant sans photons permute de manière cohérente l'état du qubit de l'atome sur celui du champ de cavité , et peut être répété pour l'échanger à nouveau; cela pourrait être utilisé comme une seule source de photons (en commençant par un atome excité), ou comme une interface entre un atome ou un ordinateur quantique d'ions piégés et une communication quantique optique . ${\ displaystyle (\ alpha | g \ rangle + \ beta | e \ rangle) | 0 \ rangle \ leftrightarrow | g \ rangle (\ alpha | 0 \ rangle + \ beta | 1 \ rangle)}$

D'autres durées d'interaction créent un enchevêtrement entre l'atome et le champ de cavité; par exemple, un quart de cycle sur la résonance à partir de donne l' état intriqué au maximum (un état de Bell ) . Cela peut en principe être utilisé comme un ordinateur quantique , mathématiquement équivalent à un ordinateur quantique à ions piégés avec des photons de cavité remplaçant les phonons. ${\ displaystyle | e \ rangle | 0 \ rangle}$${\ displaystyle (| e \ rangle | 0 \ rangle + | g \ rangle | 1 \ rangle) / {\ sqrt {2}}}$

Prix ​​Nobel de physique

Le prix Nobel de physique 2012 a été décerné à Serge Haroche et David Wineland pour leurs travaux sur le contrôle des systèmes quantiques.

Haroche est né en 1944 à Casablanca, au Maroc, et en 1971 a obtenu un doctorat de l'Université Pierre et Marie Curie à Paris. Il partage la moitié du prix pour le développement d'un nouveau domaine appelé électrodynamique quantique de cavité (CQED) - dans lequel les propriétés d'un atome sont contrôlées en le plaçant dans une cavité optique ou micro-ondes. Haroche s'est concentré sur les expériences sur les micro-ondes et a changé la technique en utilisant le CQED pour contrôler les propriétés des photons individuels.

Dans une série d'expériences révolutionnaires, Haroche a utilisé CQED pour réaliser la célèbre expérience de chat de Schrödinger dans laquelle un système est dans une superposition de deux états quantiques très différents jusqu'à ce qu'une mesure soit faite sur le système. Ces états sont extrêmement fragiles et les techniques développées pour créer et mesurer les états CQED sont maintenant appliquées au développement des ordinateurs quantiques.

Les références

• Herbert Walther; Benjamin TH Varcoe; Berthold-Georg Englert; Thomas Becker (2006). "Électrodynamique quantique de cavité" . Rep. Prog. Phys . 69 (5): 1325-1382. Bibcode : 2006RPPh ... 69.1325W . doi : 10.1088 / 0034-4885 / 69/5 / R02 . Longueur d'onde micro-ondes, atomes traversant la cavité
• R Miller; TE Northup; KM Birnbaum; A Boca; AD Boozer; HJ Kimble (2005). "Atomes piégés dans la cavité QED: couplage lumière et matière quantifiées" . J. Phys. Chauve souris. Mol. Opter. Phys . 38 (9): S551 à S565. Bibcode : 2005JPhB ... 38S.551M . doi : 10.1088 / 0953-4075 / 38/9/007 . Longueurs d'onde optiques, atomes piégés