ハワード・カーマイケル

ハワード・ジョン・カーマイケル（1950年1月17日生まれ）は、イギリス生まれのニュージーランドの理論物理学者で、量子光学と開放量子系理論を専門としている。^{[1] [2]彼は}オークランド大学のダン・ウォールズ物理学教授であり、ドッド・ウォールズ・センターの主任研究員である。カーマイケルは量子光学の分野の発展に貢献し、特に量子軌道理論（QTT）で知られている。これは、個々の量子系で起こる単一イベントを予測することで、量子の振る舞いをより詳細に捉えるものである。^{[3] [4]}カーマイケルは、世界中の実験グループと協力して、量子コンピュータの開発に貢献するものも含め、単一量子系の実験にQTTを適用している。^[3]彼はアメリカ光学会、アメリカ物理学会、ニュージーランド王立協会 の会員である。 2003年にマックス・ボルン賞、 1997年にフンボルト研究賞、2017年にニュージーランド物理学研究所のダン・ウォールズメダルを受賞。2015年にはアメリカ物理学会より優秀審査員に選出。

ハワード・カーマイケル
生まれる	( 1950-01-17 )1950年1月17日（74歳）
国籍	ニュージーランド
母校	オークランド大学(BSc、MSc) ワイカト大学（博士号）
科学者としてのキャリア
フィールド	理論物理学 量子光学
機関	オークランド大学 オレゴン大学 アーカンソー大学

カーマイケルは1950年1月17日にイギリスのマンチェスターで生まれ^[1]、ニュージーランドに移住した。彼は1971年にオークランド大学で物理学と数学の理学士号、1973年に物理学の理学修士号を取得した。^[1]ここでカーマイケルはニュージーランドの物理学者ダン・ウォールズと出会い、ウォールズはカーマイケルのオークランドでの理学修士課程、そして後に1972年から1977年までワイカト大学で博士号取得を指導した。^{[5] [6]} ハーバード大学のロイ・グラウバーとシュトゥットガルト大学のヘルマン・ハーケンのもとで博士研究員およびポスドク研究を終えて戻ったばかりのウォールズは、急速に成長していた量子光学の分野をニュージーランドに持ち込み、世界中の量子光学グループと積極的に協力する戦略をとった大規模な研究センターを設立した。^{[5] [6]}カーマイケルは博士課程在籍中にウォールズとともに量子光学の理論的基礎に重要な貢献をした。^{[6] [5]} その後、彼は大学院でさらに研究を進めるためにアメリカに渡った。

カーマイケルはニューヨーク市立大学とテキサス大学オースティン校（1979-1981年）で博士研究員を務めた後、アーカンソー大学の助教授、後に准教授に任命された。1984年にはマルバーンの王立信号レーダー研究所の客員研究員、 1988年にはテキサス大学オースティン校、1989年にはカリフォルニア工科大学の客員教授を務めた。1989年にオレゴン大学の准教授となり、1991年には教授となった。^[1] 2002年にニュージーランドに戻り^{[7] 、}オークランド大学に加わり、初代ダン・ウォールズ物理学教授となり、現在もその職に就いている。^{[1] [8] [2]}

カーマイケルは、40年以上にわたって量子光学と開放量子システムの分野に多大な貢献をしてきた。^{[4] [9]} 彼は特に、量子システムが環境と相互作用する際の進化を記述する方法を提供する量子軌道理論（1993年）の開発で知られている。^{[3] [10] 1993年に彼は（}クリスピン・ガーディナーによる別の定式化と同時に）カスケード量子システムの理論と応用を開発した。カスケード量子システムでは、1つの量子システムの光出力が別の量子システムの光入力になる。^{[11] [12] [13]}彼はまた、非古典的な光と量子相関、量子光学測定、放射過程における量子ゆらぎとノイズ、非線形物理学と多光子過程、空洞量子電気力学、量子統計的方法、量子エンタングルメントの理論の進歩にも貢献している。^{[4] [1] [14]}

1976年、カーマイケルがまだ大学院生だった頃、彼と博士課程の指導教官であるダン・ウォールズが、光の量子的性質の実験的実証につながる光子の反集束を予測した画期的な論文^{[15] [16]を発表しました。これは[6] [7]。}この論文は、カーマイケルが修士課程で始めた、開放型量子システムを記述するためのマスター方程式技術を用いた研究に基づいています。彼らは、結合した2つの開放型量子システムにマスター方程式を適用するのが良い方法だと思われたため、共鳴蛍光を研究することに決めました。誕生したばかりの量子光学コミュニティでは、共鳴蛍光の実験的および理論的な研究に国際的な関心が寄せられていました。 ^[6]ウォールズとカーマイケルは、新たに開発したマスター方程式技術を使用して、以前の実験結果と一致する蛍光スペクトルの形を導き出しました。 ^[17]彼らはさらに、共鳴蛍光の統計を調べるために2次相関関数を計算しました。彼らは相関関数は時間遅延がゼロのときにゼロに低下するはずだと予測し、その予測を検証するために量子電気力学（QED）実験を提案した。これらの実験はその後すぐに実行され、共鳴蛍光で放出される光の量子的性質の証拠が示された。^{[7] [6]}

カーマイケルは1990年代初頭に量子軌道理論（QTT）を開発しました。^{[11] [12]これは}ダリバード・カスティンとモルマー、およびゾラー、リッチとダムによる別々の定式化とほぼ同時期です。QTT（量子ジャンプ法またはモンテカルロ波動関数（MCWF）とも呼ばれる）は、測定時に量子物体がすべての可能な状態の空間を通過する経路を追跡する量子力学の定式化です。^[10]

QTT は、シュレーディンガー方程式で記述される量子論の標準的な定式化と互換性がありますが、より詳細な見解を提供します。^[3]シュレーディンガー方程式は確率論です。測定が行われた場合、量子システムがそれぞれの可能な状態で見つかる確率を与えます。これは、量子オブジェクトの大規模なアンサンブルの平均測定値を予測するのに役立ちますが、個々の粒子の挙動を記述するものではありません。QTT は、シュレーディンガー方程式によって与えられた確率に従う個々の量子粒子の軌跡を記述する方法を提供することで、このギャップを埋めます。^{[3] [18]} QTT は、孤立した量子システムのみを記述するシュレーディンガー方程式とは異なり、環境と相互作用するオープン量子システムでも機能します。 ^[10] QTT は、粒子などの個々の量子オブジェクトが観測されたときにどのように動作するかを予測できるため、個々の量子システムを効率的に制御および監視する技術が利用可能になって以来、特に人気が高まっています。^[3]

QTTでは、開放型量子システムは散乱過程としてモデル化され、古典的な外部場が入力に対応し、古典的な確率過程が出力（測定過程後の場）に対応する。^[1]入力から出力へのマッピングは、特定の測定戦略（例えば、光子計数、ホモダイン/ヘテロダイン検出など）を考慮して設定された量子確率過程によって提供される。^[8]

QTTは、いわゆる「波動関数の崩壊」の間に何が起こるかを詳細に記述することにより、量子力学における測定問題に対処します。これは、量子ジャンプの概念と、シュレーディンガー方程式によって記述される滑らかな発展を調和させます。理論は、「量子ジャンプ」は瞬間的なものではなく、一連の重ね合わせ状態を通る滑らかな遷移として、コヒーレント駆動システムで発生することを示唆しています。^{[18]この予測は、2019年に}ミシェル・デヴォレとズラトコ・ミネフが率いるイェール大学のチームが、イェール大学とオークランド大学のカーマイケルらと共同で実験的にテストしました。実験では、超伝導人工原子を使用して量子ジャンプを詳細に観察し、遷移が時間の経過とともに展開する連続的なプロセスであることを確認しました。また、量子ジャンプが起こりそうになったことを検出し、介入してそれを逆転させ、システムを開始時の状態に戻すこともできました。^[19] QTTに触発され導かれたこの実験は、量子システムに対する新しいレベルの制御を表しており、将来的には量子コンピューティングのエラーを修正するための応用が期待されています。^{[19] [20] [21] [22] [10] [18] [23]}

• ハワード・カーマイケル (1999, 2002)量子光学へのオープンシステムアプローチ 1 ; Springer、ベルリン・ハイデルベルク ( ISBN  3-540-56634-1 )
• HJカーマイケル（1999、2002）量子光学における統計的手法1：マスター方程式とフォッカー‐プランク方程式、シュプリンガー、ベルリンハイデルベルク（ISBN 978-3-642-08133-0）^[24] 
• HJ カーマイケル (2008) 量子光学における統計的手法 2: 非古典的場; シュプリンガー、ベルリン ハイデルベルク ( ISBN 978-3-540-71319-7 ) 
• HJ Carmichael、RJ Glauber、MO Scully（編）（2001）「量子光学の方向性」、Springer、ベルリン・ハイデルベルク（ISBN 3-540-41187-9） 

• ニュージーランド物理学研究所ダン・ウォールズ賞（2017年）^[25]
• ニュージーランド王立協会フェロー（2006年）^[26]
• アメリカ光学会マックス・ボルン賞（2003年）^[27]
• アレクサンダー・フンボルト財団米国上級科学者フンボルト研究賞（1997年） ^[28]
• アメリカ物理学会フェロー（1995年）^[1]
• アメリカ光学会フェロー（1990年）^[1]