Говард Кармайкл
Говард Джон Кармайкл (родился 17 января 1950 г.) — 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 роль в развитии области квантовой оптики и особенно известен своей теорией квантовых траекторий (QTT) , которая предлагает более детальное представление о квантовом поведении путем предсказания отдельных событий, происходящих с отдельными квантовыми системами. [3] [4] Кармайкл работает с экспериментальными группами по всему миру над применением QTT к экспериментам с одиночными квантовыми системами, в том числе к тем, которые способствуют разработке 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 | |
|---|---|
 | |
| Рожденный | 17 января 1950 г. |
| Национальность | Новая Зеландия |
| Альма-матер |
|
| Научная карьера | |
| Поля | Теоретическая физика Квантовая оптика |
| Учреждения | |
Биография и образование
[ редактировать ]Кармайкл родился 17 января 1950 года в Манчестере, Англия. [1] и эмигрировал в Новую Зеландию. Он получил степень бакалавра физики и математики в 1971 году и степень магистра физики в 1973 году в Оклендском университете . [1] Именно здесь Кармайкл познакомился с новозеландским физиком Дэном Уоллсом , который руководил Кармайклом степенью магистра наук в Окленде, а затем его докторской степенью в Университете Вайкато с 1972 по 1977 год. [5] [6] Только что вернувшись после докторской и постдокторской работы у Роя Глаубера в Гарвардском университете и Германа Хакена в Штутгартском университете, Уоллс привез быстро развивающуюся 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 докторской диссертации Кармайкл и Уоллс внесли плодотворный 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 Техасском университете в Остине (1979–1981) Кармайкл был назначен доцентом, а затем доцентом в Университете Арканзаса . Он был приглашенным ученым в Королевском институте сигналов и радиолокации в Малверне в 1984 году, приглашенным профессором в Техасском университете в Остине в 1988 году и в Калифорнийском технологическом институте в 1989 году. В 1989 году он стал доцентом, а в 1991 году — полным профессором в Университет Орегона . [1] Он вернулся в Новую Зеландию в 2002 году. [7] поступить в Оклендский университет и стать первым профессором физики Дэна Уоллса, и эту должность он занимает до сих пор. [1] [8] [2]
Исследовать
[ редактировать ]Кармайкл внес плодотворный вклад в область квантовой оптики и открытых квантовых систем за более чем четыре десятилетия. [4] [9] Он особенно известен своей разработкой теории квантовых траекторий (1993), которая предлагает способ описать эволюцию квантовой системы при ее взаимодействии с окружающей средой. [3] [10] В 1993 году он разработал (одновременно с отдельной формулировкой 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 вклад в достижения в теории неклассического света и квантовой корреляции , квантово-оптических измерениях, квантовых флуктуациях и шуме в радиационных процессах , нелинейной физике и многофотонных процессах, квантовой электродинамике резонаторов , квантовых статистических методах и квантовой запутанности . [4] [1] [14]
Антисгруппированный свет
[ редактировать ]В 1976 году, когда Кармайкл был еще аспирантом, он и его научный руководитель Дэн Уоллс опубликовали основополагающую статью. [15] [16] это предсказало антигруппировку фотонов , что привело к экспериментальной демонстрации квантовой природы света. [6] [7] Статья была основана на их работе с методами основных уравнений для описания открытых квантовых систем , которую Кармайкл начал во время обучения в магистратуре. Они решили исследовать резонансную флуоресценцию , потому что это казалось хорошим применением их основных уравнений к двум связанным открытым квантовым системам . Среди молодого сообщества квантовой оптики возник значительный международный интерес как к экспериментальной, так и к теоретической резонансной флуоресценции . [6] Используя недавно разработанные методы основных уравнений, Уоллс и Кармайкл получили форму спектра флуоресценции, которая соответствовала результатам предыдущих экспериментов. [17] Они продолжили расчет корреляционной функции второго порядка , чтобы изучить статистику резонансной флуоресценции. Им удалось использовать корреляционную функцию, чтобы объяснить, как скачки излучающего атома отпечатываются в испускаемом потоке фотонов. Они предсказали, что корреляционная функция должна упасть до нуля при нулевой временной задержке, и предложили эксперимент по квантовой электродинамике (QED) для проверки своих предсказаний. Эти эксперименты были проведены вскоре после этого и предоставили доказательства квантового характера света, излучаемого при резонансной флуоресценции. [7] [6]
Квантовая теория траекторий (QTT)
[ редактировать ]Кармайкл разработал квантовую теорию траекторий (QTT) в начале 1990-х годов. [11] [12] примерно в то же время, что и отдельные рецептуры Далибарда Кастина и Мёлмера и Золлера , Ритша и Дума). QTT (также известный как метод квантового скачка или волновая функция Монте-Карло (MCWF)) — это формулировка квантовой механики, которая отслеживает путь, который проходит квантовый объект через пространство всех его возможных состояний по мере его измерения. [10]
QTT совместим со стандартной формулировкой квантовой теории, описанной уравнением Шрёдингера , но предлагает более детальное представление. [3] Уравнение Шрёдингера — это вероятностная теория. Это дает вероятность найти квантовую систему в каждом из ее возможных состояний в случае проведения измерения. Это полезно для прогнозирования 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 со своей средой, в отличие от уравнения Шредингера, которое описывает только изолированную квантовую систему. [10] QTT стал особенно популярным, поскольку стала доступна технология эффективного контроля и мониторинга отдельных квантовых систем, поскольку она может предсказывать, как отдельные квантовые объекты, такие как частицы, будут вести себя, когда за ними наблюдают. [3]
В QTT открытые квантовые системы моделируются как процессы рассеяния , где классические внешние поля соответствуют входам, а классические стохастические процессы соответствуют выходам (полям после процесса измерения). [1] Сопоставление входов и выходов обеспечивается квантовым стохастическим процессом, настроенным 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 Шрёдингера . Теория предполагает, что «квантовые скачки» не происходят мгновенно, а происходят в когерентно управляемой системе как плавный переход через серию состояний суперпозиции . [18] Это предсказание было проверено экспериментально в 2019 году командой Йельского университета под руководством Мишеля Деворе и Златко Минева в сотрудничестве с Кармайклом и другими сотрудниками Йельского университета и Оклендского университета . В своем эксперименте они использовали сверхпроводящий искусственный атом для детального наблюдения квантового скачка, подтвердив, что переход представляет собой непрерывный процесс, разворачивающийся во времени. Они также смогли обнаружить, когда должен был произойти квантовый скачок, и вмешаться, чтобы обратить его вспять, отправив систему обратно в состояние, в котором она началась. [19] Этот эксперимент, вдохновленный и направляемый QTT, представляет собой новый уровень контроля над квантовыми системами и имеет потенциальное применение для исправления ошибок в квантовых вычислениях в будущем. [19] [20] [21] [22] [10] [18] [23]
Книги
[ редактировать ]- Говард 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: основные уравнения и уравнения Фоккера-Планка ; Шпрингер, Берлин Гейдельберг ( ISBN 978-3-642-08133-0 ) [24]
- Х. Дж. Кармайкл (2008) Статистические методы в квантовой оптике 2: Неклассические поля ; 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
[ редактировать ]- Медаль Дэна Уоллса Новозеландского института физики (2017 г.) [25]
- Член Королевского общества Новой Зеландии (2006 г.) [26]
- Премия Макса Борна Оптического общества Америки (2003 г.) [27]
- Премия Гумбольдта за исследования для старших ученых США, Фонд Александра Гумбольдта (1997). [28]
- Член Американского физического общества (1995). [1]
- Член Оптического общества Америки (1990). [1]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я «Говард Кармайкл – Физическая школа» . physik.cosmos-indirekt.de (на немецком языке) . Проверено 14 августа 2020 г.
- ^ Jump up to: а б «Биография живой истории OSA» . ОСА . 14 августа 2020 г. Проверено 14 августа 2020 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж Болл, Филип. «Квантовая теория, раскрывающая тайну измерения» . Журнал Кванта . Проверено 14 августа 2020 г.
- ^ Jump up to: а б с «Новые товарищи 2006» . Королевское общество Те Апаранги . Проверено 16 августа 2020 г.
- ^ Jump up to: а б с «О нас | Центр Додда-Уоллса» . Проверено 24 августа 2020 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж Найт, сэр Питер; Милберн, Джерард Дж. (31 декабря 2015 г.). «Дэниел Фрэнк Уоллс ФРСНЗ. 13 сентября 1942 — 12 мая 1999» . Биографические мемуары членов Королевского общества . 61 : 531–540. дои : 10.1098/rsbm.2014.0019 . ISSN 0080-4606 . S2CID 77660162 .
- ^ Jump up to: а б с Кармайкл, Ховард (2023). «Сказка о квантовых скачках» . Новозеландский научный обзор . 72 (2): 31–34. дои : 10.26686/nzsr.v72.8604 .
- ^ Jump up to: а б «Доктор Говард Кармайкл - Оклендский университет» . unidirectory.auckland.ac.nz . Проверено 14 августа 2020 г.
- ^ «Лауреат Нобелевской премии в Квинстауне открывает новые квантовые миры» . www.voxy.co.nz. Проверено 24 августа 2020 г.
- ^ Jump up to: а б с д Болл, Филипп (28 марта 2020 г.). «Реальность в процессе становления» . Новый учёный : 35–38.
- ^ Jump up to: а б Кармайкл, HJ (1993). Подход открытых систем к квантовой оптике, Конспект лекций по физике, Новая серия м - Монографии, Том. м18 . Берлин: Springer-Verlag.
- ^ Jump up to: а б Кармайкл, HJ (1993). «Квантовая теория траекторий для каскадных открытых систем» . Письма о физических отзывах . 70 (15): 2273–2276. Бибкод : 1993PhRvL..70.2273C . doi : 10.1103/PhysRevLett.70.2273 . ПМИД 10053519 .
- ^ Гардинер, CW (1993). «Управление квантовой системой с помощью выходного поля другой управляемой квантовой системы» . Письма о физических отзывах . 70 (15): 2269–2272. Бибкод : 1993PhRvL..70.2269G . дои : 10.1103/PhysRevLett.70.2269 . ПМИД 10053518 .
- ^ «Мечта новозеландских учёных: «Подними меня, Скотти»» . Новости СБС . Проверено 25 августа 2020 г.
- ^ Кармайкл и Уоллс, HJ и DF (1976). «Предложение по измерению резонансного эффекта Штарка методами корреляции фотонов» . Физический журнал B: Атомная и молекулярная физика . 9 (4): Л43-46. Бибкод : 1976JPhB....9L..43C . дои : 10.1088/0022-3700/9/4/001 .
- ^ Кармайкл, HJ; Уоллс, Д.Ф. (1976). «Квантово-механическое основное уравнение динамического эффекта Штарка» . Физический журнал B: Атомная и молекулярная физика . 9 (8): 1199. Бибкод : 1976JPhB....9.1199C . дои : 10.1088/0022-3700/9/8/007 .
- ^ Кармайкл и Уоллс, HJ и DF (1975). «Комментарий к рассмотрению спонтанного излучения сильно возбужденного двухуровневого атома» . Физический журнал B: Атомная и молекулярная физика . 8 : Л77-81. дои : 10.1088/0022-3700/8/6/001 .
- ^ Jump up to: а б с «Сотрудничество с лучшими в мире специалистами для ответа на вековую загадку квантовой теории» (PDF) . Годовой отчет Центра Додда-Уоллса за 2019 год : 20–21.
- ^ Jump up to: а б Болл, Филип. «Квантовые скачки, которые долгое время считались мгновенными, требуют времени» . Журнал Кванта . Проверено 27 августа 2020 г.
- ^ «Физики могут предсказать прыжки кота Шредингера (и, наконец, спасти его)» . ScienceDaily . Проверено 25 августа 2020 г.
- ^ «Поймать квантовый скачок» . Мир физики . 07.06.2019 . Проверено 25 августа 2020 г.
- ^ Леа, Роберт (3 июня 2019 г.). «Предсказание прыжков кота Шрёдингера» . Середина . Проверено 25 августа 2020 г.
- ^ «Физики могут предсказать прыжки кота Шредингера (и, наконец, спасти его)» . физ.орг . Проверено 27 августа 2020 г.
- ^ Скалли, Марлан О. (2000). «Обзор статистических методов в квантовой оптике 1: основные уравнения и уравнения Фоккера-Планка Говарда Дж. Кармайкла». Физика сегодня . 53 (3): 78–80. Бибкод : 2000PhT....53c..78C . дои : 10.1063/1.883009 .
- ^ «Награды NZIP – Новозеландский институт физики» . Проверено 9 сентября 2020 г.
- ^ «АК» . Королевское общество Те Апаранги . Проверено 14 августа 2020 г.
- ^ «Премия Макса Борна» . Оптическое общество Америки . Проверено 1 июня 2018 г.
- ^ «Проф. доктор Говард Джон Кармайкл | Новозеландская ассоциация стипендиатов фон Гумбольдта» . www.humboldt.org.nz . Проверено 14 августа 2020 г.
| Международный | |
|---|---|
| Национальный | |
| академики | |
| Другой | |
