Kontrola nad fotonami „w pudle”, badania nad klasyczną granicą teorii kwantowej

Fotony promieniowania mikrofalowego pułapkowane we wnęce rezonansowej to doskonały układ do realizacji niektórych eksperymentów myślowych zaproponowanych przez ojców mechaniki kwantowej. Ich oddziaływanie z atomami w stanach rydbergowskich, przechodzącymi przez takie wnęki, ilustruje fundamentalne koncepcje teorii pomiaru. Eksperymenty z „pudłami fotonów” prowadzone w Ecole Normale Supérieure (ENS), należą do dziedziny elektrodynamiki wnęk rezonansowych (cavity quantum electrodynamics, cQED). Przeprowadziliśmy doświadczenia polegające na nieniszczącym zliczaniu fotonów, rejestracji kwantowych skoków pola oraz przygotowaniu i rekonstrukcji stanów promieniowania typu „kot Schrödingera”. Zbadaliśmy również dekoherencję takich stanów, co pozwoliło na piękne zilustrowanie procesów towarzyszących przejściu od świata kwantowego do klasycznego. Badania te pozwoliły także na sprawdzenie podstawowych idei teorii informacji kwantowej (quantum information processing), wliczając w to zjawisko deterministycznego splątania atomów i kwantowe bramki logiczne, przetwarzające bity kwantowe (kubity, qbits) – zarówno atomowe, jak i fotonowe. Poniższy wykład rozpoczyna wskazanie związków eksperymentów prowadzonych w ENS z badaniami nad pułapkami jonów Davida Winelanda, którego wkład w badania nad kontrolą pojedynczych cząstek omówiony jest szerzej w osobnym wykładzie. Następnie przedstawione zostaną moje własne wspomnienia z czasów pierwszych badań nad elektrodynamiką wnęk rezonansowych oraz najważniejsze eksperymenty prowadzone w ENS w ostatnich 20 latach. Wykład kończy dyskusja porównująca nasze badania z innymi badaniami dotyczącymi kontroli pojedynczych cząstek kwantowych.