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量子系の測定と制御• 猫状態                    Ra  Rn                                    PMT a Ra  Alive    b Rn  Dead
David Jeffrey Wineland                 • Ion Trap                 • Born: 1944, Milwaukee,                   WI, USA      ...
Ion Trap    • 振動と励起のカップリング    • 9Be+    振動準位       電子励起                      ↑43210                      ↓
Sideband cooling• 原子単体の励起光に  対して赤方離調した        4                   3  サイドバンド光を照        2  射                1               ...
量子状態の移し替え1. 最低準位    0   0 .              4                            32. 励起                       2                   ...
Winelandの実験(Ion Trap)• イオンをサイドバンド冷却で基底状態に• Raman遷移、レーザー冷却、トラップ制御• Fock状態、熱的状態、コヒーレント状  態、• 振動準位の量子状態を電子軌道に転写              ...
Serge Haroche                • Cavity QED (1996)                • Born:                  1944, Casablanca, Moro           ...
Stanford (1972-73)Harvard (1981)Yale(1984-1993)
Cavity QED• 光子と原子のカップリング Atom        Photon
Rydberg AtomAtom• Rydberg状態のRb原子• 主量子数の異なる状態を           Rb+  ビットとして見立てた。           n=51       51.1 GHz       5.9 mm     ...
Photon• Cavity内に閉じ込めら  れた光子                     Photon• 光子数をビットとして  見立てた。                       27 mm  0 , 1 , 2 , 3 ,
1. 重ね合わせの作成                                       n=51                                 51.1 GHz                          ...
2. 原子と光子の相互作用• Cavity中にトラップされた光子(非共鳴)                                                                   n=51             ...
3. 回転                                                         n=51                                                    51....
Harocheの実験(Cavity QED)• 単一原子をCavity内に通過  させて、光子とカップリン  グする。• 時間τだけ待って、プロー  ブ用の原子を入れ、光子と  カップリングする。• 2個の原子の間の相関を見  ることで、デコヒ...
“Meter”• 黒体輻射を抑えるために0.6Kに冷却• CavityはNb超伝導        Rubidium Oven                    速度選択 400m/s励起光1       励起光2              ...
Coffee Breakノーベル物理学賞と量子エレクトロニクス
1902• Zeeman効果
1919• Stark効果
1930• Raman分光
1943• Stern-Gerlachの実験  – 原子線によるスピンの観測
1944• Rabi振動           Institut Neel CNRS/UJF
1964• メーザー• レーザー
1989• 原子時計• イオントラップ                   Heinrich-Heine-University DuessendorfRamseyはRabiの博士学生     Institute for Experimental...
1997• レーザー冷却技術             University of Heidelberg, Jochim Lab
2001• アルカリ原子のBose-Einstein  凝縮体の生成
2005• 光コヒーレンスの理論• 光コム技術               From Laser focus world
2012• 量子系の測定と制御   – Ion Trap   – Cavity QEDWinelandはRamseyの博士学生
量子の測定・制御  Ion Trap                              Blatt group@Universitaet Innsbruck  Nonlinear Optics            GHZ-states...
Single-spin addressing with light shift. (alat=532nm)Nature 471, 319 (2011)                               Bloch group@Max ...
単一量子系から弁別可能な多数量子系デコヒーレンスの原因解明と制御原子・分子・固体・光のカップリング 微細加工技術の進歩レーザー光源の開発 高強度、超挟線幅、波長選択
2012年ノーベル物理学賞解説
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2012年ノーベル物理学賞解説

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物理若手コロキウム@早稲田大学
2012年10月20日土曜日午後
http://pcolys.wiki.fc2.com/wiki/%E3%83%8E%E3%83%BC%E3%83%99%E3%83%AB%E8%B3%9E%E9%87%8F%E5%AD%90%E5%85%89%E5%AD%A6%E3%82%BB%E3%83%83%E3%82%B7%E3%83%A7%E3%83%B3?sid=93d7de58e63f6483f159e342b81126c8

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2012年ノーベル物理学賞解説

  1. 1. 量子系の測定と制御• 猫状態 Ra  Rn   PMT a Ra  Alive  b Rn  Dead
  2. 2. David Jeffrey Wineland • Ion Trap • Born: 1944, Milwaukee, WI, USA • Affiliation: – NIST JILA – University of Colorado
  3. 3. Ion Trap • 振動と励起のカップリング • 9Be+ 振動準位 電子励起 ↑43210 ↓
  4. 4. Sideband cooling• 原子単体の励起光に 対して赤方離調した 4 3 サイドバンド光を照 2 射 1 0 ↑• 充分に予冷した段階 では電子励起による 放射が支配的 4 (Lamb-Dicke領域) 3 2• 振動基底状態に集ま 1 る 0 ↓
  5. 5. 量子状態の移し替え1. 最低準位 0   0 . 4 32. 励起 2 1  1       0 0 ↑   0   0 .3. Red Sideband光 π-pulse 4 2    0    1 3 2    0   1 . 1 0 ↓
  6. 6. Winelandの実験(Ion Trap)• イオンをサイドバンド冷却で基底状態に• Raman遷移、レーザー冷却、トラップ制御• Fock状態、熱的状態、コヒーレント状 態、• 振動準位の量子状態を電子軌道に転写 Phys. Rev. Lett. 76, 1796 (1996)
  7. 7. Serge Haroche • Cavity QED (1996) • Born: 1944, Casablanca, Moro cco • Affiliation – College de France – Ecole Normale Superieure
  8. 8. Stanford (1972-73)Harvard (1981)Yale(1984-1993)
  9. 9. Cavity QED• 光子と原子のカップリング Atom Photon
  10. 10. Rydberg AtomAtom• Rydberg状態のRb原子• 主量子数の異なる状態を Rb+ ビットとして見立てた。 n=51 51.1 GHz 5.9 mm n=50
  11. 11. Photon• Cavity内に閉じ込めら れた光子 Photon• 光子数をビットとして 見立てた。 27 mm 0 , 1 , 2 , 3 ,
  12. 12. 1. 重ね合わせの作成 n=51 51.1 GHz 5.9 mm• π/2パルスを照射  n=50    1     2
  13. 13. 2. 原子と光子の相互作用• Cavity中にトラップされた光子(非共鳴)  n=51 51.1 GHz- {712,347,104}kHz 5.9 mm  n=50 0 Photon  0  1    0 2 1 Photon  1      1  1    1 2 2
  14. 14. 3. 回転 n=51 51.1 GHz 5.9 mm• π/2パルスを照射  n=50 原子と光子のエンタングルメント  0  1    0  0 2  0    0   1  2    0    1  1  1    1  1 2
  15. 15. Harocheの実験(Cavity QED)• 単一原子をCavity内に通過 させて、光子とカップリン グする。• 時間τだけ待って、プロー ブ用の原子を入れ、光子と カップリングする。• 2個の原子の間の相関を見 ることで、デコヒーレンス の時間τ依存性を評価し た。 Phys. Rev. Lett. 77, 24 (1996)
  16. 16. “Meter”• 黒体輻射を抑えるために0.6Kに冷却• CavityはNb超伝導 Rubidium Oven 速度選択 400m/s励起光1 励起光2 マイクロ波 π/2パルス
  17. 17. Coffee Breakノーベル物理学賞と量子エレクトロニクス
  18. 18. 1902• Zeeman効果
  19. 19. 1919• Stark効果
  20. 20. 1930• Raman分光
  21. 21. 1943• Stern-Gerlachの実験 – 原子線によるスピンの観測
  22. 22. 1944• Rabi振動 Institut Neel CNRS/UJF
  23. 23. 1964• メーザー• レーザー
  24. 24. 1989• 原子時計• イオントラップ Heinrich-Heine-University DuessendorfRamseyはRabiの博士学生 Institute for Experimental Physics Schiller Lab
  25. 25. 1997• レーザー冷却技術 University of Heidelberg, Jochim Lab
  26. 26. 2001• アルカリ原子のBose-Einstein 凝縮体の生成
  27. 27. 2005• 光コヒーレンスの理論• 光コム技術 From Laser focus world
  28. 28. 2012• 量子系の測定と制御 – Ion Trap – Cavity QEDWinelandはRamseyの博士学生
  29. 29. 量子の測定・制御 Ion Trap Blatt group@Universitaet Innsbruck Nonlinear Optics GHZ-states with 14-qubits, 40Ca+ in a linear Paul trap, PRL 106, 130506 (2011) Super Conductor Quantum dots Cold Atoms and Moleculesコヒーレンスと制御性の両立が課題 Furusawa group@University of Tokyo
  30. 30. Single-spin addressing with light shift. (alat=532nm)Nature 471, 319 (2011) Bloch group@Max Planck InstitutQuantum simulation of anti ferromagnetic spinchains in an optical lattice.Nature 472, 307 (2011) Greiner group@ Harvard UnivrsityClock, Vortex etc…
  31. 31. 単一量子系から弁別可能な多数量子系デコヒーレンスの原因解明と制御原子・分子・固体・光のカップリング 微細加工技術の進歩レーザー光源の開発 高強度、超挟線幅、波長選択

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