Модель Джейнса

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

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 теории 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

Примечания

1. ↑ E.T. Jaynes, F.W. Cummings (1963). «Comparison of quantum and semiclassical radiation theories with application to the beam maser». Proc. IEEE 51 (1): 89–109. DOI:10.1109/PROC.1963.1664.
2. ↑ F.W. Cummings (1965). «Stimulated emission of radiation in a single mode». Phys. Rev. 140 (4A): A1051–A1056. DOI:10.1103/PhysRev.140.A1051.
3. ↑ J.H. Eberly, N.B. Narozhny, and J.J. Sanchez-Mondragon (1980). «Periodic spontaneous collapse and revival in a simple quantum model». Phys. Rev. Lett. 44 (20): 1323–1326. DOI:10.1103/PhysRevLett.44.1323.
4. ↑ G. Rempe, H. Walther, and N. Klein (1987). «Observation of quantum collapse and revival in a one-atom maser». Phys. Rev. Lett. 58 (4): 353. DOI:10.1103/PhysRevLett.58.353. PMID 10034912.