Педагогический опыт
<<  Моделирование фартука Физика в худ гимнастике  >>
Передовые открытия экспериментальных методов, позволяющие провести
Передовые открытия экспериментальных методов, позволяющие провести
Меню
Меню
Сообщения масс-медиа 9 октября 2012: Нобелевскую премию по физике 2012
Сообщения масс-медиа 9 октября 2012: Нобелевскую премию по физике 2012
Серж Арош (справа) со своим помощником - Игорем Доценко
Серж Арош (справа) со своим помощником - Игорем Доценко
Дэвид Вайнленд родился 24 февраля 1944 года в столице штата Висконсин
Дэвид Вайнленд родился 24 февраля 1944 года в столице штата Висконсин
Практические результаты
Практические результаты
Основные публикации Сержа Ароша (с соавторами): Observation of
Основные публикации Сержа Ароша (с соавторами): Observation of
Гравитационные волны и квантовые ограничения (70 годы 20 века)
Гравитационные волны и квантовые ограничения (70 годы 20 века)
Суперкомпьютер позволил смоделировать удивительный и катастрофический
Суперкомпьютер позволил смоделировать удивительный и катастрофический
Установка AURIGA в Падуе
Установка AURIGA в Падуе
Квантовые флуктуации макроскопических объектов
Квантовые флуктуации макроскопических объектов
Квантовая динамика
Квантовая динамика
Теория квантовых измерений
Теория квантовых измерений
Постулат измерения и редукции (фон Нейман):
Постулат измерения и редукции (фон Нейман):
Коллапс
Коллапс
Невозмущающие (неразрушающие) квантовые измерения
Невозмущающие (неразрушающие) квантовые измерения
Пример невозмущающего измерения:
Пример невозмущающего измерения:
Невозмущающие измерения в оптике
Невозмущающие измерения в оптике
A box for a single photon
A box for a single photon
Одно из зеркал для медного микроволнового резонатора
Одно из зеркал для медного микроволнового резонатора
Раби осцилляции в двухуровневой системе
Раби осцилляции в двухуровневой системе
, Или один
, Или один
Experimental investigation of Schr
Experimental investigation of Schr
Jaynes-Cummings model
Jaynes-Cummings model
No moon there Johan E. Mooij nature physics | VOL 6 | JUNE 2010,401
No moon there Johan E. Mooij nature physics | VOL 6 | JUNE 2010,401
Есть ли граница между “квантовым” и “классическим” мирами
Есть ли граница между “квантовым” и “классическим” мирами
Принцип суперпозиции
Принцип суперпозиции
Единичные квантовые объекты: наномеханические системы
Единичные квантовые объекты: наномеханические системы
Пленение и охлаждение одиночных ионов
Пленение и охлаждение одиночных ионов
Принципиальная схема квантового компьютера на цепочке холодных ионов,
Принципиальная схема квантового компьютера на цепочке холодных ионов,
Optical Clocks
Optical Clocks
Quantum jumps of light recording the birth and death of a photon in a
Quantum jumps of light recording the birth and death of a photon in a
Квантовые скачки в искуственных атомах
Квантовые скачки в искуственных атомах
Траектории
Траектории
Зарядовый кубит (“quntronium”)
Зарядовый кубит (“quntronium”)
Гамильтониан системы
Гамильтониан системы
Взаимодействие зарядового кубита с джозефсоновским осциллятором
Взаимодействие зарядового кубита с джозефсоновским осциллятором
Влияние шума на связанную систему
Влияние шума на связанную систему
Метод квантовых траекторий
Метод квантовых траекторий
Фазовая и энергетическая релаксация состояний кубита
Фазовая и энергетическая релаксация состояний кубита
Скачки при спонтанных переходах кубита
Скачки при спонтанных переходах кубита
Треки, характеризующие скачки населенности возбужденного уровня от
Треки, характеризующие скачки населенности возбужденного уровня от
Бифуркационный джозефсоновский осциллятор
Бифуркационный джозефсоновский осциллятор
Передовые открытия экспериментальных методов, позволяющие провести
Передовые открытия экспериментальных методов, позволяющие провести
Dispersive measurements
Dispersive measurements
Диссипативная динамика линейного осциллятора
Диссипативная динамика линейного осциллятора
Когерентное состояние для линейного осциллятора
Когерентное состояние для линейного осциллятора
Функция Вигнера
Функция Вигнера
Функция Вигнера для затухающего гармонического осциллятора f=0,
Функция Вигнера для затухающего гармонического осциллятора f=0,
Функция Вигнера для затухающего гармонического осциллятора f=0
Функция Вигнера для затухающего гармонического осциллятора f=0
Бифуркация Андронова-Хопфа
Бифуркация Андронова-Хопфа
Диссипативная динамика нелинейного осциллятора
Диссипативная динамика нелинейного осциллятора
Режимы возбуждения
Режимы возбуждения
“Гистерезис” в квантовой диссипативной системе
“Гистерезис” в квантовой диссипативной системе
Передовые открытия экспериментальных методов, позволяющие провести
Передовые открытия экспериментальных методов, позволяющие провести
Скачки в связанной системе кубит + осциллятор
Скачки в связанной системе кубит + осциллятор
Что нам дали работы Сержа Ароша и Девида Вайнленда
Что нам дали работы Сержа Ароша и Девида Вайнленда

Презентация на тему: «Передовые открытия экспериментальных методов, позволяющие провести измерения индивидуальных квантовых систем». Автор: A. Файл: «Передовые открытия экспериментальных методов, позволяющие провести измерения индивидуальных квантовых систем.ppt». Размер zip-архива: 8112 КБ.

Передовые открытия экспериментальных методов, позволяющие провести измерения индивидуальных квантовых систем

содержание презентации «Передовые открытия экспериментальных методов, позволяющие провести измерения индивидуальных квантовых систем.ppt»
СлайдТекст
1 Передовые открытия экспериментальных методов, позволяющие провести

Передовые открытия экспериментальных методов, позволяющие провести

измерения индивидуальных квантовых систем (по материалам Нобелевской премии по физике 2012)

А.М.Сатанин ННГУ им. Н.И.Лобачевского (Национальный исследовательский университет), Лаборатория «Теория наноструктур» НИФТИ, Н.Новгород, Россия

2 Меню

Меню

Практические результаты Гравитационные волны и квантовые ограничения Теория квантовых измерений Невозмущающие (неразрушающие) квантовые измерения Cчет фотонов Интерференция макрообъектов («кот» Шредингера) Единичные (индивидуальные) квантовые объекты Пленение и охлаждение одиночных ионов Концепция квантовых скачков Метод квантовых траекторий Моделирование Выводы

“Если блюда, которые я вам предлагаю, плохо приготовлены, то виноват в этом не столько мой повар, сколько химия, еще не вышедшая из детского возраста” А.Франс

3 Сообщения масс-медиа 9 октября 2012: Нобелевскую премию по физике 2012

Сообщения масс-медиа 9 октября 2012: Нобелевскую премию по физике 2012

года присудили французу Сержу Арошу (Serge Haroche) и американцу Дэвиду Джей Вайнленду (David Wineland) за «создание прорывных экспериментальных методов манипулирования индивидуальными квантовыми системами».

4 Серж Арош (справа) со своим помощником - Игорем Доценко

Серж Арош (справа) со своим помощником - Игорем Доценко

Серж Арош является профессором "Коллеж де Франс" и "Эколь Нормаль Суперьер" в Париже Присуждение Нобелевской премии по физике французскому ученому Сержу Арошу заставляет гордиться французской образовательной системой, считает министр высшего образования и науки Франции Женевьев Фьоразо

5 Дэвид Вайнленд родился 24 февраля 1944 года в столице штата Висконсин

Дэвид Вайнленд родился 24 февраля 1944 года в столице штата Висконсин

Милуоки Вайнлэнд работает в Национальном институте стандартов и технологий, а также Колорадском университете в Боулдере

Девид Уайнленд в лаборатории

6 Практические результаты

Практические результаты

Исследовано излучение атомов в резонаторе (cavity quantum electrodynamics, CQED). Впервые наблюдали эффект Парселла – пятисоткратное ускорении излучения фотона в CQED. Провели квантовые неразрушающие измерения (quantum non-demolition measurements). Реализовали квантовое запутывание двух пространственно разнесенных ионов (основа квантового компьютера!). Создали сверхточные часы (с относительной точностью 10^–17).

7 Основные публикации Сержа Ароша (с соавторами): Observation of

Основные публикации Сержа Ароша (с соавторами): Observation of

Cavity-Enhanced Single-Atom Spontaneous Emission// Phys. Rev. Lett. 50, 1903 (1983). Suppression of spontaneous decay at optical frequencies: Test of vacuum-field anisotropy in confined space// Phys. Rev. Lett. 58, 666 (1987). Realization of a two-photon maser oscillator// Phys. Rev. Lett. 59, 1899 (1987). Observing the Progressive Decoherence of the «Meter» in a Quantum Measurement// Phys. Rev. Lett. 77, 4887 (1996). Quantum jumps of light recording the birth and death of a photon in a cavity// Nature 446, 297 (2007). Reconstruction of non-classical cavity field states with snapshots of their decoherence// Nature 455, 510 (2008). Основные публикации Дэвида Вайнленда (с соавторами): Radiation-Pressure Cooling of Bound Resonant Absorbers// Phys. Rev. Lett. 40, 1639 (1978). Spectroscopy of a Single Mg+ Ion// Phys. Lett. A 82, 75 (1981). Laser Cooling to the Zero-Point Energy of Motion// Phys. Rev. Lett. 62, 403 (1989). Resolved-Sideband Raman Cooling of a Bound Atom to the 3D Zero-Point Energy// Phys. Rev. Lett. 75, 4011 (1995). Demonstration of a Fundamental Quantum Logic Gate// Phys. Rev. Lett. 75, 4714 (1995). Deterministic Entanglement of Two Trapped Ion // Phys. Rev. Lett. 81, 3631 (1998). Optical Clocks and Relativity// Science 329, 1630 ( 2010).

8 Гравитационные волны и квантовые ограничения (70 годы 20 века)

Гравитационные волны и квантовые ограничения (70 годы 20 века)

Джозеф Вебер на фоне своего детектора гравитационных волн в бункере Мэрилендского университета.

Гравитационные волны, теоретически предсказанные Эйнштейном еще в 1917 году, всё еще дожидаются своего первооткрывателя

9 Суперкомпьютер позволил смоделировать удивительный и катастрофический

Суперкомпьютер позволил смоделировать удивительный и катастрофический

процесс слияния пары сверхмассивных черных дыр

Bruno Giacomazzo University of Colorado, Boulder,JILA

10 Установка AURIGA в Падуе

Установка AURIGA в Падуе

Антенной для нее служит трехметровый цилиндр из алюминиево-магниевого сплава, диаметр которого составляет 60 см, а вес – 2,3 т. Он подвешен в вакуумной камере, охлаждаемой до 0,1 К. Его сотрясения (с частотой порядка 1000 Гц) передаются на вспомогательный резонатор массой в 1 кг, который колеблется с такой же частотой, но много большей амплитудой. Эти вибрации регистрируются измерительной аппаратурой и анализируются с помощью компьютера. Чувствительность комплекса AURIGA – около 10^–20 - 10^–21

11 Квантовые флуктуации макроскопических объектов

Квантовые флуктуации макроскопических объектов

Квантовые флуктуации:

Тепловые флуктуации:

12 Квантовая динамика

Квантовая динамика

В квантовой механике система описывается: а) волновой функцией - ”чистое состояние”, замкнутая система;

Б) матрицей протности - “смесь”, незамкнутая система.

13 Теория квантовых измерений

Теория квантовых измерений

Общие представления: М. Борн, Дж. фон Нейман, Л.Дандау, Р.Пайерлс, Л. Мандельштам и т.д.

Изменения:

Classical meter

Classical meter

QS

QS

Intermediate

Прямые

Косвенные

Система + “метр” приводятся в состояние:

И производится измерение.

Проективные, разрушающие, неразрушающие, непреравные и т.д.

Для измерения необходимо измерительное устройство, “метр”, состояния

14 Постулат измерения и редукции (фон Нейман):

Постулат измерения и редукции (фон Нейман):

В чистом состоянии

Вероятность получить значение наблюдаемой

( Собственное значение оператора наблюдаемой

) Есть

Измерение сопровождается коллапсом волновой функции

2) Если состояние описывается матрицей плотности

(“Смесь”), то

Редукция

15 Коллапс

Коллапс

2) Частица “тяжелая”

Максимум при

1)Пусть

16 Невозмущающие (неразрушающие) квантовые измерения

Невозмущающие (неразрушающие) квантовые измерения

Пример возмущающего измерения: а) измеряем координату

Д.Бом, В.Брагинский и др.

В классической системе – можно сколь угодно точно учесть возмущения, вносимые измерительным прибором!

В квантовой системе – возмущения нельзя учесть однозначно!

B) вносим изменение импульса

С) во время следующего измерения спустя получиться

17 Пример невозмущающего измерения:

Пример невозмущающего измерения:

А) свободная частица

B) измеряем импульс

С) импульс интеграл движения

При этом распредение по координатам может сколь угодно сильно измениться, неопределенность x – возрасти. Это никак не влияет на измерение импульса!

18 Невозмущающие измерения в оптике

Невозмущающие измерения в оптике

Imoto, N., Haus, H. A. & Yamamoto, Y. Quantum nondemolition measurement of the photon number via the optical Kerr effect. Phys. Rev. A 32, 2287–2292 (1985).

19 A box for a single photon

A box for a single photon

Brune, M., Haroche, S., Lef?vre, V., Raimond, J. M. & Zagury, N. Phys. Rev. Lett. 65, 976–979 (1990).

20 Одно из зеркал для медного микроволнового резонатора

Одно из зеркал для медного микроволнового резонатора

со сверхпроводящим ниобиевым покрытием, обладающего рекордно высокой добротностью Q = 4,2·10^10. Резонатор был изготовлен в лаборатории Сержа Ароша (S. Kuhr et al. Appl. Phys. Lett. 90, 164101 (2007)); время жизни микроволнового фотона в нём составляло 0,13 секунды

21 Раби осцилляции в двухуровневой системе

Раби осцилляции в двухуровневой системе

При w = w0 (используя приближение RWA)

22 , Или один

, Или один

В полости

Состояние атом в основном состоянии +один фотон

Состояние атом в возбужденном состоянии + нет фотона

Теперь частота Раби звисит от связи мод:

, То атом после пролета полости в

Если время пролета

Фаза

23 Experimental investigation of Schr

Experimental investigation of Schr

dinger’s cat paradox

The Schr?dinger’s cat.

24 Jaynes-Cummings model

Jaynes-Cummings model

25 No moon there Johan E. Mooij nature physics | VOL 6 | JUNE 2010,401

No moon there Johan E. Mooij nature physics | VOL 6 | JUNE 2010,401

The moon — a small moon, admittedly — is not there!

flux qubit/Delft

“I like to think that the moon is there even if I don’t look at it”, Albert Einstein once remarked. He objected to the notion that truly macroscopic objects might behave according to the laws of quantum mechanics, and thus be subject to the same uncertainties as photons or spins.

Mooij et al., Science 285, 1036, 1999

26 Есть ли граница между “квантовым” и “классическим” мирами

Есть ли граница между “квантовым” и “классическим” мирами

27 Принцип суперпозиции

Принцип суперпозиции

Фталоцианина

A.Tonomura, Am.J.Phys.57,117(1989)

University of Vienna, Thomas Juffmann et al./Nature Nanotechnolog

28 Единичные квантовые объекты: наномеханические системы

Единичные квантовые объекты: наномеханические системы

A.D. O’Connell et al. Nature 464, 697–703

Квантовый барабан застучал в такт с кубитом

Mechanical systems in the quantum regime Menno Poot , Herre S.J. van der Zant, Physics Reports 511 (2012) 273–335

29 Пленение и охлаждение одиночных ионов

Пленение и охлаждение одиночных ионов

Национальный институт стандартов и технологий

В.Пауль и Х. Демельт (Нобелевская премия по физике,1989 год)

30 Принципиальная схема квантового компьютера на цепочке холодных ионов,

Принципиальная схема квантового компьютера на цепочке холодных ионов,

плененных в периодической ловушке. Специально подготовленные световые импульсы управляют логическими операциями между ионами, а чувствительная фотокамера детектирует свечение отдельных ионов и тем самым считывает результат операций. Blatt, Wineland, Nature 453, 1008 (2008)

31 Optical Clocks

Optical Clocks

Wineland and coworkers (Diddams et al., 2001; Rosenband et al., 2008; Chou et al., 2010a)

Cs clocks operating in the microwave range Clocks based on a transition in the optical domain The frequency of the transition is in the visible or ultraviolet range

A precision just below 10^-17, two orders of magnitude more accurate than the present frequency standard based on Cs clocks.

32 Quantum jumps of light recording the birth and death of a photon in a

Quantum jumps of light recording the birth and death of a photon in a

cavity

Serge Haroche et al, Vol 446| 15 March 2007|

Decay of the one-photon state

Birth, life and death of a photon

33 Квантовые скачки в искуственных атомах

Квантовые скачки в искуственных атомах

34 Траектории

Траектории

I.Siddiqi et al., Berkeley

Релаксация в среднем

35 Зарядовый кубит (“quntronium”)

Зарядовый кубит (“quntronium”)

E1

E0

hn01

35

[Devoret & Martinis, QIP, 3, 351-380(2004)]

36 Гамильтониан системы

Гамильтониан системы

I.Siddiqi et al., Phys. Rev. Lett. 93, 207002 (2004); I. Siddiqi, et al. Phys. Rev. B 73, 054510 (2006).

Два «левых» джозефсоновских перехода играют роль кубита, правый - измерительного прибора.

Гамильтониан островка, связанного с осциллятором

Гамильтониан джозефсоновского осциллятора

37 Взаимодействие зарядового кубита с джозефсоновским осциллятором

Взаимодействие зарядового кубита с джозефсоновским осциллятором

Кубит

Принимая во внимание только два состояния нижних состояния нелинейного осциллятора, зависящего от , получим

Если , то можно записать два независимых уравнения Шредингера для двух компонент волновой функции, а соответствующие гамильтонианы имеют вид:

38 Влияние шума на связанную систему

Влияние шума на связанную систему

- Фазовая скорость релаксации кубита энергетическая скорость релаксации кубита, параметр релаксации осциллятора.

39 Метод квантовых траекторий

Метод квантовых траекторий

Динамка системы представляется как диссипативная динамика + скачки

40 Фазовая и энергетическая релаксация состояний кубита

Фазовая и энергетическая релаксация состояний кубита

41 Скачки при спонтанных переходах кубита

Скачки при спонтанных переходах кубита

Схема сигналов: (а) длительный и (в) короткий Раби-импульс

42 Треки, характеризующие скачки населенности возбужденного уровня от

Треки, характеризующие скачки населенности возбужденного уровня от

времени в случае длительного импульса (а) и короткого - импульса (б).

I.Siddiqi et al., Berkeley

43 Бифуркационный джозефсоновский осциллятор

Бифуркационный джозефсоновский осциллятор

I.Siddiqi et al., Phys. Rev. Lett. 93, 207002 (2004); I. Siddiqi, et al. Phys. Rev. B 73, 054510 (2006).

Фазовый портрет нелинейного осциллятора во внешнем поле.

44 Передовые открытия экспериментальных методов, позволяющие провести
45 Dispersive measurements

Dispersive measurements

46 Диссипативная динамика линейного осциллятора

Диссипативная динамика линейного осциллятора

Диссипация:

Решения - «диссипативные когерентные состояния»

47 Когерентное состояние для линейного осциллятора

Когерентное состояние для линейного осциллятора

Реализация ? =0,1

Реализация ? =0

Усредненная по реализациям траектория (M=100) при ? =0,1

48 Функция Вигнера

Функция Вигнера

Мгновенное изменение состояния в моменты времени «до» скачка и сразу же «после»

Усредненную картину распределения в фазовом пространстве

49 Функция Вигнера для затухающего гармонического осциллятора f=0,

Функция Вигнера для затухающего гармонического осциллятора f=0,

=0.1 приготовленного при t=0 в состоянии |n0 > = |6> : (а) в момент времени «до» первого скачка, (б) сразу «после» первого скачка и (в) «до» третьего скачка и (г) «после» него.

50 Функция Вигнера для затухающего гармонического осциллятора f=0

Функция Вигнера для затухающего гармонического осциллятора f=0

1, y=0.1 приготовленного при t=0 в состоянии |n0 > = |6> : (а) в момент времени «до» первого скачка, (б) сразу «после» первого скачка и (в) «до» третьего скачка и (г) «после» него.

51 Бифуркация Андронова-Хопфа

Бифуркация Андронова-Хопфа

52 Диссипативная динамика нелинейного осциллятора

Диссипативная динамика нелинейного осциллятора

Зависимость среднего числа фотонов нелинейного осциллятора черная кривая в среднем по реализациям и красная – единичная реализация.

Нелинейный резонанс Берман-Заславский

53 Режимы возбуждения

Режимы возбуждения

Зависимость среднего числа фотонов <n> и дисперсии D нелинейного осциллятора

54 “Гистерезис” в квантовой диссипативной системе

“Гистерезис” в квантовой диссипативной системе

55 Передовые открытия экспериментальных методов, позволяющие провести
56 Скачки в связанной системе кубит + осциллятор

Скачки в связанной системе кубит + осциллятор

57 Что нам дали работы Сержа Ароша и Девида Вайнленда

Что нам дали работы Сержа Ароша и Девида Вайнленда

Новая физика поведения света и атомов в высокодобротных резонаторах (cavity quantum electrodynamics) Квантовые неразрушающие измерения Реализация квантового запутывания (основа квантового компьютера!) Сверхточные часы (с относительной точностью 10^–17) Квантовые скачки в единичных квантовых системах

«Передовые открытия экспериментальных методов, позволяющие провести измерения индивидуальных квантовых систем»
http://900igr.net/prezentacija/pedagogika/peredovye-otkrytija-eksperimentalnykh-metodov-pozvoljajuschie-provesti-izmerenija-individualnykh-kvantovykh-sistem-138090.html
cсылка на страницу
Урок

Педагогика

135 тем
Слайды
900igr.net > Презентации по педагогике > Педагогический опыт > Передовые открытия экспериментальных методов, позволяющие провести измерения индивидуальных квантовых систем