Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Говард Джон Кармайкл - новозеландский физик-теоретик британского происхождения, специализирующийся на квантовой оптике и теории открытых квантовых систем. [1] [2] Он - профессор физики Дэна Уоллса в Оклендском университете и главный исследователь Центра Додда-Уоллса . Кармайкл сыграл важную роль в развитии области квантовой оптики и особенно известен своей квантовой теорией траекторий (QTT), которая предлагает более подробный взгляд на квантовое поведение, предсказывая отдельные события, происходящие с отдельными квантовыми системами. [3] [4]Кармайкл работает с экспериментальными группами по всему миру, чтобы применить QTT к экспериментам с одиночными квантовыми системами, включая те, которые вносят вклад в развитие квантовых компьютеров. [3] Он является членом Оптического общества Америки , Американского физического общества и Королевского общества Новой Зеландии . Он был награжден премией Макса Борна в 2003 году, премией Гумбольдта за исследования в 1997 году и медалью Дэна Уоллса Новозеландского института физики в 2017 году. В 2015 году он был признан выдающимся рефери Американским физическим обществом .

Говард Кармайкл
Ховард Кармайкл - 49990397071 (обрезано) .jpg
Родившийся( 1950-01-17 )17 января 1950 г. (71 год)
НациональностьНовая Зеландия
Альма-матер
Научная карьера
ПоляТеоретическая физика
Квантовая оптика
Учреждения

Биография и образование [ править ]

Кармайкл родился в Манчестере, Англия, 17 января 1950 года [1] и эмигрировал в Новую Зеландию. Он получил степень бакалавра физико-математических наук в 1971 году и степень магистра физики в 1973 году в Оклендском университете . [1] Именно здесь Carmichael встретил Новой Зеландии физик Дан Walls , который курировал MSc Carmichael в Окленде, а затем степень доктора философии в Университете Вайкато с 1972 по 1977 г. [5] [6] Только что вернувшись из докторантуры и докторантуры с Роем Глаубером в Гарвардском университете и Германом Хакеном из Штутгартского университета, Уоллс привез быстрорастущую область квантовой оптики в Новую Зеландию, основал крупный исследовательский центр с активной стратегией сотрудничества с квантовой оптикой. группы по всему миру. [5] [6] Во время учебы в докторантуре Кармайкл и Уоллс внесли значительный вклад в теоретические основы квантовой оптики. [6] [5] Затем он отправился в Соединенные Штаты для дальнейшего обучения в аспирантуре.

После постдокторских должностей в Городском университете Нью-Йорка и в Техасском университете в Остине (1979–1981) Кармайкл был назначен доцентом, а затем адъюнкт-профессором Университета Арканзаса . В 1984 году он был приглашенным научным сотрудником Королевского центра связи и радиолокации в Малверне , приглашенным профессором Техасского университета в Остине в 1988 году и Калифорнийского технологического института в 1989 году. Университет Орегона . [1] Он вернулся в Новую Зеландию в 2002 году [7], чтобы присоединиться кУниверситет Окленда , став первым профессором физики Дэна Уоллса, должность, которую он занимает до сих пор. [1] [8] [2]

Исследование [ править ]

Кармайкл внес значительный вклад в область квантовой оптики и открытых квантовых систем на протяжении более четырех десятилетий. [4] [9] Он особенно известен своим развитием теории квантовой траектории (1993), которая предлагает способ описания эволюции квантовой системы при ее взаимодействии с окружающей средой. [3] [10] В 1993 году он разработал (в то же время как отдельная формулировка Криспина Гардинера ) теорию и применение каскадных квантовых систем , в которых оптический выход одной квантовой системы становится оптическим входом для другой квантовой системы. [11] [12] [13] Он также внес свой вклад в развитие теориинеклассический свет и квантовая корреляция , квантово-оптические измерения, квантовые флуктуации и шум в радиационных процессах , нелинейная физика и многофотонные процессы, квантовая электродинамика резонатора , квантово-статистические методы и квантовая запутанность . [4] [1] [14]

Противосгустившийся свет [ править ]

В 1976 году, когда Кармайкл был еще аспирантом, он и его научный руководитель Дэн Уоллс опубликовали основополагающую статью [15] [16], в которой предсказывалась антигруппировка фотонов , что привело к экспериментальной демонстрации квантовой природы света. [6] [7] Работа была основана на их работе с методами основных уравнений для описания открытых квантовых систем , которые Кармайкл начал во время своей магистерской работы. Они решили исследовать резонансную флуоресценцию, потому что это казалось хорошим приложением их основных уравнений к двум связанным открытым квантовым системам.. Молодое сообщество квантовой оптики проявило значительный международный интерес как к экспериментальной, так и к теоретической резонансной флуоресценции . [6] Используя свои недавно разработанные методы главного уравнения, Уоллс и Кармайкл получили форму спектра флуоресценции, которая согласовывалась с результатами предыдущих экспериментов. [17] Они продолжили вычислять корреляционную функцию второго порядка.изучить статистику резонансной флуоресценции. Они смогли использовать корреляционную функцию, чтобы объяснить, как скачки излучающего атома накладываются на излучаемый поток фотонов. Они предсказали, что корреляционная функция должна упасть до нуля при нулевой временной задержке, и предложили эксперимент по квантовой электродинамике (КЭД), чтобы проверить свои предсказания. Эти эксперименты были выполнены вскоре после этого и подтвердили квантовый характер света, излучаемого при резонансной флуоресценции. [7] [6]

Квантовая теория траекторий (QTT) [ править ]

Кармайкл разработал квантовую теорию траектории (QTT) в начале 1990 - х годов, [11] [12] примерно в то же время , как отдельные препараты по Далибар Castin & Mølmer, а ZOLLER , Ritsch & Оит). QTT (также известный как метод квантового скачка или волновая функция Монте-Карло (MCWF)) - это формулировка квантовой механики, которая отслеживает путь, который квантовый объект проходит через пространство всех его возможных состояний при измерении. [10]

QTT совместим со стандартной формулировкой квантовой теории, описанной уравнением Шредингера , но предлагает более подробный обзор. [3] Уравнение Шредингера - вероятностная теория. Он дает вероятность нахождения квантовой системы в каждом из ее возможных состояний, если будет произведено измерение. Это полезно для предсказания средних измерений больших ансамблей квантовых объектов, но не описывает поведение отдельных частиц. QTT заполняет этот пробел, предлагая способ описания траекторий отдельных квантовых частиц, которые подчиняются вероятностям, заданным уравнением Шредингера. [3] [18] QTT также работает с открытыми квантовыми системами.которые взаимодействуют с окружающей средой, в отличие от уравнения Шредингера, которое описывает только изолированную квантовую систему. [10] QTT стал особенно популярным с тех пор, как стала доступна технология для эффективного управления и мониторинга отдельных квантовых систем, поскольку он может предсказывать поведение отдельных квантовых объектов, таких как частицы, при их наблюдении. [3]

В QTT открытые квантовые системы моделируются как процессы рассеяния , причем классические внешние поля соответствуют входам, а классические случайные процессы соответствуют выходам (поля после процесса измерения). [1] Преобразование входов в выходы обеспечивается квантовым стохастическим процессом, который настраивается для учета конкретной стратегии измерения (например, подсчета фотонов , гомодинного / гетеродинного обнаружения и т. Д.). [8]

QTT решает проблему измерения в квантовой механике, предоставляя подробное описание того, что происходит во время так называемого « коллапса волновой функции ». Он согласовывает концепцию квантового скачка с плавной эволюцией, описываемой уравнением Шредингера . Теория предполагает, что «квантовые скачки» не являются мгновенными, а происходят в когерентно управляемой системе как плавный переход через серию состояний суперпозиции . [18] Это предсказание было проверено экспериментально в 2019 году группой из Йельского университета под руководством Мишеля Деворе и Златко Минева в сотрудничестве с Кармайкл и другими вЙельский университет и Оклендский университет . В своем эксперименте они использовали сверхпроводящий искусственный атом для детального наблюдения квантового скачка, подтвердив, что переход представляет собой непрерывный процесс, который разворачивается во времени. Они также смогли обнаружить, когда должен был произойти квантовый скачок, и вмешаться, чтобы обратить его вспять, вернув систему в то состояние, в котором она была запущена. [19] Этот эксперимент, вдохновленный и направляемый QTT, представляет новый уровень контроля над квантовыми системами и имеет потенциальные приложения для исправления ошибок в квантовых вычислениях в будущем. [19] [20] [21] [22] [10] [18] [23]

Книги [ править ]

  • Ховард Кармайкл (1999, 2002) Подход открытых систем к квантовой оптике 1 ; Шпрингер, Берлин-Гейдельберг ( ISBN  3-540-56634-1 )
  • Х. Дж. Кармайкл (1999, 2002) Статистические методы в квантовой оптике 1 ; Шпрингер, Берлин-Гейдельберг ( ISBN 978-3-642-08133-0 ) 
  • Х. Дж. Кармайкл (2008) Статистические методы в квантовой оптике 2 ; Шпрингер, Берлин-Гейдельберг ( ISBN 978-3-540-71319-7 ) 
  • Х. Дж. Кармайкл, Р. Дж. Глаубер и М. О. Скалли (редакторы) (2001) Направления квантовой оптики ; Шпрингер, Берлин-Гейдельберг ( ISBN 3-540-41187-9 ) 

Почести и награды [ править ]

  • Медаль Дэна Уоллса Новозеландского института физики (2017 г.) [24]
  • Член Королевского общества Новой Зеландии (2006 г.) [25]
  • Макс Борн Award от Оптического общества Америки (2003) [26]
  • Премия Гумбольдта для ведущих ученых США, Фонд Александра Гумбольдта (1997) [27]
  • Член Американского физического общества (1995) [1]
  • Член Оптического общества Америки (1990) [1]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d e f g h i "Говард Кармайкл - Physik-Schule" . Physik.cosmos-indirekt.de (на немецком языке) . Проверено 14 августа 2020 .
  2. ^ а б «Биография живой истории OSA» . OSA . 14 августа 2020 . Дата обращения 14 августа 2020 .
  3. ^ a b c d e f Болл, Филип. «Квантовая теория, раскрывающая тайну измерения» . Журнал Quanta . Проверено 14 августа 2020 .
  4. ^ a b c «Новые стипендиаты 2006 года» . Королевское общество Те Апаранги . Проверено 16 августа 2020 .
  5. ^ a b c "О нас | Центр Додда-Уоллса" . Проверено 24 августа 2020 .
  6. ^ a b c d e f Рыцарь, сэр Питер; Милберн, Джерард Дж. (31 декабря 2015 г.). «Даниэль Франк Валлс ФРСНЗ. 13 сентября 1942 - 12 мая 1999» . Биографические воспоминания членов Королевского общества . 61 : 531–540. DOI : 10,1098 / rsbm.2014.0019 . ISSN 0080-4606 . S2CID 77660162 .  
  7. ^ a b c Кармайкл, Ховард (2015). «Сказка о квантовых скачках». Обзор науки Новой Зеландии . 72 (2): 31–34.
  8. ^ a b «Доктор Ховард Кармайкл - Оклендский университет» . unidirectory.auckland.ac.nz . Проверено 14 августа 2020 .
  9. ^ «Лауреат Нобелевской премии в Квинстауне, раскрывающий новые квантовые миры» . www.voxy.co.nz . Проверено 24 августа 2020 .
  10. ^ a b c d Болл, Филипп (28 марта 2020 г.). «Реальность в процессе становления» . New Scientist : 35–38.
  11. ^ a b Кармайкл, HJ (1993). Подход открытых систем к квантовой оптике, Конспект лекций по физике, Новая серия m - Монографии, Vol. m18 . Берлин: Springer-Verlag.
  12. ^ a b Кармайкл, HJ (1993). «Квантовая теория траекторий для каскадных открытых систем» . Письма с физическим обзором . 70 (15): 2273–2276. Bibcode : 1993PhRvL..70.2273C . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.70.2273 . PMID 10053519 .  
  13. Перейти ↑ Gardiner, CW (1993). «Управление квантовой системой с выходным полем из другой управляемой квантовой системы» . Письма с физическим обзором . 70 (15): 2269–2272. Bibcode : 1993PhRvL..70.2269G . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.70.2269 . PMID 10053518 .  
  14. ^ "Ученые Новой Зеландии" Просвети меня, мечта Скотти " . SBS News . Проверено 25 августа 2020 .
  15. ^ Кармайкл и Уоллс, H. J и DF (1976). «Предложение по измерению резонансного эффекта Штарка методами фотонной корреляции» . Журнал физики B: атомная и молекулярная физика . 9 (4): Л43-46. Bibcode : 1976JPhB .... 9L..43C . DOI : 10.1088 / 0022-3700 / 9/4/001 .
  16. ^ Кармайкл, HJ; Уоллс, Д.Ф. (1976). "Квантово-механическое основное уравнение обработки динамического эффекта Штарка" . Журнал физики B: атомная и молекулярная физика . 9 (8): 1199. Bibcode : 1976JPhB .... 9.1199C . DOI : 10.1088 / 0022-3700 / 9/8/007 .
  17. ^ Кармайкл и Уоллс, HJ и DF (1975). «Комментарий к трактовке спонтанного излучения двухуровневого атома с сильным возбуждением» . Журнал физики B: атомная и молекулярная физика . 8 : L77-81. DOI : 10.1088 / 0022-3700 / 8/6/001 .
  18. ^ a b c «Сотрудничество с лучшими в мире, чтобы разгадать вековую загадку квантовой теории» (PDF) . Годовой отчет Центра Додда-Уоллса за 2019 г . : 20–21.
  19. ^ a b Болл, Филипп. «Квантовые скачки, долгое время считавшиеся мгновенными, требуют времени» . Журнал Quanta . Проверено 27 августа 2020 .
  20. ^ «Физики могут предсказать прыжки кота Шредингера (и, наконец, спасти его)» . ScienceDaily . Проверено 25 августа 2020 .
  21. ^ "Чтобы поймать квантовый скачок" . Мир физики . 2019-06-07 . Проверено 25 августа 2020 .
  22. ^ Леа, Роберт (2019-06-03). «Предсказание прыжков кота Шредингера» . Средний . Проверено 25 августа 2020 .
  23. ^ «Физики могут предсказать прыжки кота Шредингера (и, наконец, спасти его)» . Phys.org . Проверено 27 августа 2020 .
  24. ^ "Награды NZIP - Институт физики Новой Зеландии" . Проверено 9 сентября 2020 .
  25. ^ "AC" . Королевское общество Те Апаранги . Проверено 14 августа 2020 .
  26. ^ "Премия Макса Борна" . Оптическое общество Америки . Проверено 1 июня 2018 года .
  27. ^ "Профессор доктор Говард Джон Кармайкл | Новозеландская ассоциация стипендиатов фон Гумбольдта" . www.humboldt.org.nz . Проверено 14 августа 2020 .