空洞量子電磁力学（キャビティQED ）とは、反射空洞内に閉じ込められた光と原子またはその他の粒子との相互作用を、光子の量子性が顕著な条件下で研究する学問である。原理的には、量子コンピュータの構築に利用できる可能性がある。
空洞内の単一の2準位原子の場合、数学的にはジェーンズ・カミングスモデルで記述され、真空ラビ振動を起こす。
つまり、励起された原子と
光子、基底状態の原子と
光子。
キャビティが原子遷移と共鳴している場合、光子がない状態から始まる半周期の振動によって、原子量子ビットの状態がキャビティ場の状態にコヒーレントに切り替わります。
、これを繰り返すことで元に戻すことができます。これは、（励起された原子から始まる）単一光子源として、または原子またはトラップされたイオン量子コンピュータと光量子通信の間のインターフェースとして使用できます。
他の相互作用時間では、原子とキャビティ場の間にエンタングルメントが生じます。例えば、共鳴時の1/4サイクルは、
最大エンタングル状態（ベル状態）を与える
これは原理的には量子コンピュータとして使用でき、数学的にはフォノンを空洞光子に置き換えたトラップイオン量子コンピュータと同等である。
ノーベル物理学賞
2012年のノーベル物理学賞は、量子システムの制御に関する研究でセルジュ・アロシュとダヴィッド・ワインランドに授与された。 [ 1 ]
ハロッシュは、光共振器またはマイクロ波共振器内に原子を配置することで原子の特性を制御する、キャビティ量子電磁力学（CQED）と呼ばれる新しい分野を開発した功績で、賞の半分を分かち合っている。ハロッシュはマイクロ波実験に焦点を当て、CQEDを使用して個々の光子の特性を制御するという、この技術を根本から覆した。[ 1 ]
画期的な一連の実験において、ハロッシュはCQEDを用いて、シュレーディンガーの有名な猫の実験を実現した。この実験では、測定が行われるまで、系は2つの全く異なる量子状態の重ね合わせ状態にある。このような状態は極めて不安定であり、CQED状態の生成と測定のために開発された技術は、現在、量子コンピュータの開発に応用されている。
参考文献
- Herbert Walther; Benjamin TH Varcoe; Berthold-Georg Englert; Thomas Becker (2006). "Cavity quantum electrodynamics" . Rep. Prog. Phys . 69 (5): 1325– 1382. Bibcode : 2006RPPh...69.1325W . doi : 10.1088/0034-4885/69/5/R02 . S2CID 122420445 . マイクロ波の波長、空洞を通過する原子
- R Miller; TE Northup; KM Birnbaum; A Boca; AD Boozer; HJ Kimble (2005). "キャビティQEDにおける捕捉原子：量子化された光と物質の結合" . J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys . 38 (9): S551– S565. Bibcode : 2005JPhB...38S.551M . doi : 10.1088/0953-4075/38/9/007 . S2CID 1114899 . 光の波長、捕捉された原子
- 1 2ジョンストン、ハミッシュ（2012年10月9日）。「量子制御の先駆者たちが2012年ノーベル物理学賞を受賞」。Physics World。ロンドン。 2013年10月9日閲覧。
