Модель Джейнса — Каммингса

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Модель Джейнса-Каммингса (Jaynes–Cummings model, коротко JCM) — теоретическая модель в квантовой оптике. Она описывает систему, состоящую из двухуровнего атома, взаимодействующего с квантованной модой оптической полости, в присутствии/отсутствии света. JCM занимает особое место в атомной физике и в квантовой оптике, как экспериментальной, так и теоретической. Является также стандартной моделью в наноэлектронике для описания кубитов, взаимодействующих с монохроматическим электромагнитным полем (например, используемым для квантовой манипуляции).

История[править | править код]

Эта модель первоначально была предложена в 1963 году Эдвином Джейнсом и Фредом Каммингсом при сравнении квантовой теории излучения и полуклассической теории явления спонтанного излучения[1]. В полуклассической теории взаимодействия атом-поле, квантовался только атом, а поле рассматривалось скорее как некоторая функция времени, а не оператор. Полуклассическая теория может объяснить много явлений, наблюдаемых в современной оптике (например, существование «цикла Раби»).

JCM показала, как квантование поля излучения влияет на эволюцию состояния двухуровневой системы в сравнении с полу-классической теорией взаимодействия света с атомом. Позже было обнаружено, что возрождение атомной инверсии после её распада является прямым следствием дискретности состояний поля (фотоны)[2][3]. Это чисто квантовый эффект, который может быть описан с помощью JCM, но не с помощью полуклассической теории. Двадцать четыре года спустя, Ремпе, Вальтер, и Кляйн провели[4] красивую демонстрацию квантовых коллапсов (распадов) и ревайвэлов (возрождений) в одноатомном мазере.

Коллапсы и возрождения квантовых осцилляций[править | править код]

ColRev3a10

График квантовых осцилляций атомной инверсии построен на основе формул, найденных А.А. Карацубой и Е.А. Карацубой[5].

Примечания[править | править код]

  1. E.T. Jaynes, F.W. Cummings. Comparison of quantum and semiclassical radiation theories with application to the beam maser (англ.) // Proc. IEEE  (англ.) : journal. — 1963. — Vol. 51, no. 1. — P. 89—109. — doi:10.1109/PROC.1963.1664.
  2. F.W. Cummings. Stimulated emission of radiation in a single mode (англ.) // Phys. Rev. : journal. — 1965. — Vol. 140, no. 4A. — P. A1051—A1056. — doi:10.1103/PhysRev.140.A1051.
  3. J.H. Eberly, N.B. Narozhny, and J.J. Sanchez-Mondragon. Periodic spontaneous collapse and revival in a simple quantum model (итал.) // Phys. Rev. Lett. : diario. — 1980. — V. 44, n. 20. — P. 1323—1326. — doi:10.1103/PhysRevLett.44.1323.
  4. G. Rempe, H. Walther, and N. Klein. Observation of quantum collapse and revival in a one-atom maser (англ.) // Phys. Rev. Lett. : journal. — 1987. — Vol. 58, no. 4. — P. 353. — doi:10.1103/PhysRevLett.58.353. — PMID 10034912.
  5. A. A. Karatsuba, E. A. Karatsuba. A resummation formula for collapse and revival in the Jaynes–Cummings model (англ.) // J. Phys. A: Math. Theor.  (англ.) : journal. — 2009. — No. 42. — P. 195304, 16. — doi:10.1088/1751-8113/42/19/195304. — Bibcode2009JPhA...42s5304K.