Говард Кармайкл - Howard Carmichael

Говард Джон Кармайкл новозеландский физик-теоретик британского происхождения, специализирующийся на квантовая оптика и теория открытых квантовых систем.[1][2] Он - профессор физики Дэна Уоллса в Оклендский университет и главный исследователь Центр Додда-Уоллса. Кармайкл сыграл важную роль в развитии квантовой оптики и особенно известен своими Квантовая теория траекторий (QTT) который предлагает более подробное представление о квантовом поведении, 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 член Оптическое общество Америки, то Американское физическое общество и Королевское общество Новой Зеландии. Он был удостоен премии Макса Борна в 2003 году. Премия Гумбольдта за исследования в 1997 году и медаль Дэна Уоллса Новозеландского института физики в 2017 году. В 2015 году он был признан выдающимся рефери Американское физическое общество.

Говард Кармайкл
Ховард Кармайкл - 49990397071 (обрезано) .jpg
Родившийся (1950-01-17) 17 января 1950 г. (возраст 70 лет)
НациональностьНовая Зеландия
Альма-матер
Научная карьера
ПоляТеоретическая физика
Квантовая оптика
Учреждения

Биография и образование

Кармайкл родился в Манчестере, Англия, 17 января 1950 года.[1] и эмигрировал в Новую Зеландию. Он получил Бакалавр получил степень магистра физики в 1971 г. и степень магистра физики в 1973 г. Оклендский университет.[1] Именно здесь Кармайкл познакомился с новозеландским физиком. Дэн Уоллс, который руководил степенью магистра Кармайкла в Окленде, а затем защитил докторскую диссертацию в Университет Вайкато с 1972 по 1977 гг.[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 Кармайкла он 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 Городской университет Нью-Йорка, а на Техасский университет в Остине (1979–1981) Кармайкл был назначен доцентом, а затем доцентом Университет Арканзаса. Он был приглашенным ученым в Королевский центр связи и радиолокации в Malvern в 1984 г. - приглашенный профессор Техасский университет в Остине в 1988 г. и в Калтех в 1989 г. В 1989 г. он стал доцентом, а в 1991 г. - профессором кафедры Орегонский университет.[1] Он вернулся в Новую Зеландию в 2002 году.[7] присоединиться к Оклендский университет, став первым профессором физики Дэна Уоллса, эту должность он занимает до сих пор.[1][8][2]

Исследование

Кармайкл внес плодотворный вклад в области 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 г. разработал (одновременно в отдельной постановке Криспин Гардинер ) теория и применение каскадные квантовые системы, в котором оптический выход одной квантовой системы становится оптическим входом для другой квантовой системы.[11][12][13] Он также внес свой вклад в развитие теории неклассический свет и квантовая корреляция, квантово-оптический измерения, квантовые флуктуации и шум в радиационные процессы, нелинейный физика и многофотонные процессы, квантовая электродинамика резонатора, квантово-статистический методы и квантовая запутанность.[4][1][14]

Антигруппированный свет

В 1976 году, когда Кармайкл был еще аспирантом, он и его научный руководитель. Дэн Уоллс опубликовал основополагающую статью [15][16] что предсказал антигруппировка фотонов, что привело к экспериментальной демонстрации квантовой природы света.[6][7] Работа основана на их работе с главное уравнение методы описания открытые квантовые системы, который Кармайкл начал во времена его учителей. Они решили исследовать резонансная флуоресценция потому что это казалось хорошим приложением их основных уравнений к двум связанным открытые квантовые системы. Молодое сообщество квантовой оптики проявило значительный международный интерес как к экспериментальным, так и к теоретическим исследованиям. резонансная флуоресценция.[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 второй порядок корреляционная функция изучить статистику резонансной флуоресценции. Они смогли использовать корреляционную функцию, чтобы объяснить, как прыжки излучающего атома накладываются на излучаемый поток фотонов. Они предсказали, что корреляционная функция должна упасть до нуля при нулевой временной задержке, и предложили эксперимент квантовой электродинамики (КЭД) для проверки своих предсказаний. Эти эксперименты были проведены вскоре после этого и подтвердили квантовый характер света, излучаемого при резонансной флуоресценции.[7][6]

Квантовая теория траекторий (QTT)

Кармайкл разработал квантовую теорию траекторий (QTT) в начале 1990-х годов.[11][12] примерно в то же время, что и отдельные составы Далибард Castin & Mølmer и Золлер, Ритч И Дум). QTT (также известный как метод квантового скачка или же Монте-Карло волновая функция (MCWF)) - это формулировка квантовой механики, которая отслеживает путь, который квантовый объект проходит через пространство всех своих возможных состояний при измерении.[10]

QTT совместим со стандартной формулировкой квантовой теории, как описано в Уравнение Шредингера, но предлагает более подробный вид.[3] В Уравнение Шредингера, является вероятностной теорией. Он дает вероятность обнаружить квантовую систему 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 открытые квантовые системы которые взаимодействуют с окружающей средой, в отличие от уравнения Шредингера, которое описывает только квантовую систему изолированно.[10] QTT стал особенно популярным с тех пор, как стала доступна технология для эффективного управления и мониторинга отдельных квантовых систем, поскольку она может предсказать, как будут вести себя отдельные квантовые объекты, такие как частицы, при наблюдении.[3]

В QTT открытые квантовые системы моделируются как рассеяние процессов, с классическими внешними полями, соответствующими входам, и классическими случайные процессы соответствующие выходам (поля после процесса измерения).[1] Отображение входов в выходы обеспечивается квантовой стохастический процесс, настроенный для учета конкретной стратегии измерения (например, счет фотонов, гомодин /гетеродин обнаружение и т. д.).[8]

QTT обращается к проблема измерения в квантовой механике, предоставив подробное описание того, что происходит во время так называемого "коллапс волновой функции ". Он согласовывает концепцию квантовый скачок с плавной эволюцией, описываемой Уравнение Шредингера. Теория предполагает, что «квантовые скачки» не являются мгновенными, а происходят в когерентно управляемой системе как плавный переход через серию состояния суперпозиции.[18] Этот прогноз был проверен экспериментально в 2019 году командой из Йельский университет во главе с Мишель Деворе и Златко Минев в сотрудничестве с Кармайкл и другими в Йельский университет и Оклендский университет. В своем эксперименте они использовали сверхпроводящий искусственный атом подробно наблюдать квантовый скачок, подтверждая, 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 собой 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

  • 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 )
  • H Дж Кармайкл (2008) Статистические методы в квантовой оптике 2; Шпрингер, Берлин Гейдельберг (ISBN  978-3-540-71319-7 )
  • Г. Дж. Кармайкл, Р. Дж. Глаубер и МО Скалли (редакторы) (2001) Направления квантовой оптики; Шпрингер, Берлин Гейдельберг (ISBN  3-540-41187-9)

Почести и награды

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я "Говард Кармайкл - Physik-Schule". Physik.cosmos-indirekt.de (на немецком). Получено 2020-08-14.
  2. ^ а б "Биография живой истории OSA". OSA. 14 августа 2020 г.. Получено 14 августа 2020.
  3. ^ а б c d е ж Болл, Филипп. "Квантовая теория, раскрывающая тайну измерения". Журнал Quanta. Получено 2020-08-14.
  4. ^ а б c "2006 Новые стипендиаты". Королевское общество Те Апаранги. Получено 2020-08-16.
  5. ^ а б c "О нас | Центр Додда-Уоллса". Получено 2020-08-24.
  6. ^ а б c d е ж 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. Дои:10.1098 / rsbm.2014.0019. ISSN  0080-4606. S2CID  77660162.
  7. ^ а б c Кармайкл, Ховард (2015). «Сказка о квантовых скачках». Обзор науки Новой Зеландии. 72 (2): 31–34.
  8. ^ а б "Доктор Ховард Кармайкл - Оклендский университет". unidirectory.auckland.ac.nz. Получено 2020-08-14.
  9. ^ «Лауреат Нобелевской премии в Квинстауне открывает новые квантовые миры». www.voxy.co.nz. Получено 2020-08-24.
  10. ^ а б c d Болл, Филипп (28 марта 2020 г.). «Реальность в процессе становления». Новый ученый: 35–38.
  11. ^ а б Кармайкл, Х. Дж. (1993). Подход открытых систем к квантовой оптике, Конспект лекций по физике, Новая серия m - Монографии, Vol. m18. Берлин: Springer-Verlag.
  12. ^ а б Кармайкл, Х. Дж. (1993). «Квантовая теория траекторий для каскадных открытых систем». Письма с физическими проверками. 70 (15): 2273–2276. Bibcode:1993ФРвЛ..70.2273С. Дои:10.1103 / PhysRevLett.70.2273. PMID  10053519.
  13. ^ Гардинер, CW (1993). «Управление квантовой системой с выходным полем из другой управляемой квантовой системы». Письма с физическими проверками. 70 (15): 2269–2272. Bibcode:1993ПхРвЛ..70.2269Г. Дои:10.1103 / PhysRevLett.70.2269. PMID  10053518.
  14. ^ "Ученые Новой Зеландии:" Поднимите меня, мечта Скотти ". Новости SBS. Получено 2020-08-25.
  15. ^ Кармайкл и Уоллс, Х. Дж. И Д. Ф. (1976). «Предложение по измерению резонансного эффекта Штарка методами фотонной корреляции». Журнал физики B: атомная и молекулярная физика. 9 (4): Л43-46. Дои:10.1088/0022-3700/9/4/001.
  16. ^ Кармайкл, HJ; Уоллс, Д. Ф. (1976). «Квантово-механическое главное уравнение, описывающее динамический эффект Штарка». Журнал физики B: атомная и молекулярная физика. 9 (8): 1199. Дои:10.1088/0022-3700/9/8/007.
  17. ^ Кармайкл и Уоллс, Х. Дж. И Д. Ф. (1975). "Комментарий к рассмотрению спонтанного излучения двухуровневого атома с сильным возбуждением". Журнал физики B: атомная и молекулярная физика. 8: L77-81. Дои:10.1088/0022-3700/8/6/001.
  18. ^ а б c «Сотрудничество с лучшими в мире, чтобы разгадать вековую загадку квантовой теории» (PDF). Годовой отчет Центра Додда-Уоллса за 2019 год: 20–21.
  19. ^ а б Болл, Филипп. "Квантовые скачки, долгое время считавшиеся мгновенными, требуют времени". Журнал Quanta. Получено 2020-08-27.
  20. ^ «Физики могут предсказать прыжки кота Шредингера (и, наконец, спасти его)». ScienceDaily. Получено 2020-08-25.
  21. ^ «Поймать квантовый скачок». Мир физики. 2019-06-07. Получено 2020-08-25.
  22. ^ Леа, Роберт (2019-06-03). «Предсказание прыжков кота Шредингера». Середина. Получено 2020-08-25.
  23. ^ «Физики могут предсказать прыжки кота Шредингера (и наконец спасти его)». Phys.org. Получено 2020-08-27.
  24. ^ «Награды NZIP - Институт физики Новой Зеландии». Получено 2020-09-09.
  25. ^ "А-С". Королевское общество Те Апаранги. Получено 2020-08-14.
  26. ^ "Премия Макса Борна". Оптическое общество Америки. Получено 1 июня, 2018.
  27. ^ "Профессор доктор Говард Джон Кармайкл | Новозеландская ассоциация стипендиатов фон Гумбольдта". www.humboldt.org.nz. Получено 2020-08-14.