Полостная квантовая электродинамика ( полостная КЭД ) — это изучение взаимодействия света, заключенного в отражающей полости , с атомами или другими частицами в условиях, когда квантовая природа фотонов имеет значение. В принципе, она может быть использована для построения квантового компьютера .
Случай одного двухуровневого атома в полости математически описывается моделью Джейнса–Каммингса и претерпевает вакуумные осцилляции Раби , то есть между возбужденным атомом и фотонами, а также атомом в основном состоянии и фотонами.
Если полость находится в резонансе с атомным переходом, полуцикл колебаний, начинающийся без фотонов, когерентно меняет состояние атомного кубита на состояние поля полости, и может быть повторен, чтобы снова переключить его; это можно использовать как источник одиночных фотонов (начиная с возбужденного атома) или как интерфейс между квантовым компьютером на основе атома или захваченного иона и оптической квантовой связью .
Другие длительности взаимодействия создают запутанность между атомом и полем полости; например, четверть цикла при резонансе, начинающийся с , дает максимально запутанное состояние ( состояние Белла ) . Это в принципе может быть использовано как квантовый компьютер , математически эквивалентный квантовому компьютеру с захваченными ионами , в котором фотоны полости заменяют фононы.
Нобелевская премия по физике 2012 года была присуждена Сержу Арошу и Дэвиду Уайнленду за их работу по управлению квантовыми системами. [1]
Арош разделяет половину премии за разработку новой области, называемой квантовой электродинамикой полости (CQED), в которой свойства атома контролируются путем помещения его в оптическую или микроволновую полость. Арош сосредоточился на микроволновых экспериментах и перевернул технику с ног на голову, используя CQED для управления свойствами отдельных фотонов. [1]
В серии новаторских экспериментов Арош использовал CQED для реализации знаменитого эксперимента Шредингера с котом, в котором система находится в суперпозиции двух совершенно разных квантовых состояний до тех пор, пока в системе не будет произведено измерение. Такие состояния чрезвычайно хрупки, и методы, разработанные для создания и измерения состояний CQED, теперь применяются для разработки квантовых компьютеров.
