Howard John Carmichael es un físico teórico neozelandés nacido en Gran Bretaña que se especializa en óptica cuántica y teoría de sistemas cuánticos abiertos. [1] [2] Es profesor de Física Dan Walls en la Universidad de Auckland e investigador principal del Centro Dodd-Walls . Carmichael ha desempeñado un papel en el desarrollo del campo de la óptica cuántica y es particularmente conocido por su teoría de la trayectoria cuántica (QTT), que ofrece una visión más detallada del comportamiento cuántico al hacer predicciones de eventos individuales que suceden en sistemas cuánticos individuales. [3] [4]Carmichael trabaja con grupos experimentales de todo el mundo para aplicar QTT a experimentos en sistemas cuánticos individuales, incluidos los que contribuyen al desarrollo de computadoras cuánticas. [3] Es miembro de la Optical Society of America , la American Physical Society y la Royal Society of New Zealand . Recibió el Premio Max Born en 2003, el Premio de Investigación Humboldt en 1997 y la Medalla Dan Walls del Instituto de Física de Nueva Zelanda en 2017. En 2015, fue reconocido como Árbitro Destacado por la Sociedad Estadounidense de Física .
Howard Carmichael | |
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Nació | 17 de enero de 1950 |
Nacionalidad | Nueva Zelanda |
alma mater |
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Carrera científica | |
Campos | Física teórica Óptica cuántica |
Instituciones |
Biografia y educacion
Carmichael nació en Manchester, Inglaterra, el 17 de enero de 1950 [1] y emigró a Nueva Zelanda. Obtuvo una licenciatura en física y matemáticas en 1971 y una maestría en física en 1973 en la Universidad de Auckland . [1] Fue aquí donde Carmichael conoció al físico neozelandés Dan Walls , quien supervisó la maestría de Carmichael en Auckland, y luego su doctorado en la Universidad de Waikato de 1972 a 1977. [5] [6] Acababa de regresar de estudios de doctorado y posdoctorado con Roy Glauber en la Universidad de Harvard y Hermann Haken en la Universidad de Stuttgart, Walls trajo el campo de rápido crecimiento de la óptica cuántica a Nueva Zelanda, estableció un importante centro de investigación con una estrategia activa de colaboración con grupos de óptica cuántica de todo el mundo. [5] [6] Durante los estudios de doctorado de Carmichael, él y Walls hicieron contribuciones fundamentales a los fundamentos teóricos de la óptica cuántica. [6] [5] Luego viajó a los Estados Unidos para realizar más estudios de posgrado.
Después de puestos de posdoctorado en la City University of New York y en la University of Texas en Austin (1979-1981), Carmichael fue nombrado profesor asistente y más tarde profesor asociado en la Universidad de Arkansas . Fue científico invitado en el Royal Signal and Radar Establishment en Malvern en 1984, profesor invitado en la Universidad de Texas en Austin en 1988 y en Caltech en 1989. En 1989 fue nombrado profesor asociado y en 1991 profesor titular en el Universidad de Oregon . [1] Regresó a Nueva Zelanda en 2002 [7] para unirse a la Universidad de Auckland , convirtiéndose en el profesor inaugural de Física Dan Walls, un puesto que todavía ocupa hoy. [1] [8] [2]
Investigar
Carmichael ha realizado contribuciones fundamentales en el campo de la óptica cuántica y los sistemas cuánticos abiertos durante más de cuatro décadas. [4] [9] Es conocido particularmente por su desarrollo de la teoría de la trayectoria cuántica (1993), que ofrece una forma de describir la evolución de un sistema cuántico a medida que interactúa con su entorno. [3] [10] En 1993 desarrolló (al mismo tiempo que una formulación separada de Crispin Gardiner ) la teoría y aplicación de los sistemas cuánticos en cascada , en los que la salida óptica de un sistema cuántico se convierte en la entrada óptica de otro sistema cuántico. [11] [12] [13] También ha contribuido a los avances en la teoría de la luz no clásica y correlación cuántica , cuántica ópticas medidas, las fluctuaciones cuánticas y el ruido en los procesos radiativos , no lineal procesos físicos y de múltiples fotones, electrodinámica cavidad cuántica , cuántico métodos estadísticos y entrelazamiento cuántico . [4] [1] [14]
Luz antibuna
En 1976, mientras Carmichael todavía era un estudiante de posgrado, él y su supervisor de doctorado Dan Walls publicaron un artículo fundamental [15] [16] que predijo el antibunching de fotones , lo que llevó a la demostración experimental de la naturaleza cuántica de la luz. [6] [7] El artículo se basó en su trabajo con técnicas de ecuaciones maestras para describir sistemas cuánticos abiertos , que Carmichael comenzó durante su maestría. Habían decidido investigar la fluorescencia por resonancia porque parecía una buena aplicación de sus ecuaciones maestras a dos sistemas cuánticos abiertos acoplados . Hubo un considerable interés internacional entre la incipiente comunidad de la óptica cuántica, tanto en la fluorescencia de resonancia experimental como en la teórica . [6] Utilizando sus técnicas de ecuación maestra recientemente desarrolladas, Walls y Carmichael derivaron la forma del espectro de fluorescencia que coincidía con los resultados experimentales anteriores. [17] Continuaron calculando la función de correlación de segundo orden para explorar las estadísticas de fluorescencia por resonancia. Pudieron usar la función de correlación para explicar cómo los saltos de un átomo emisor imprimen en la corriente de fotones emitidos. Ellos predijeron que la función de correlación debería caer a cero con un retardo de tiempo cero y sugirieron un experimento de Electrodinámica Cuántica (QED) para probar sus predicciones. Estos experimentos se realizaron poco después y proporcionaron pruebas del carácter cuántico de la luz emitida en fluorescencia por resonancia. [7] [6]
Teoría de la trayectoria cuántica (QTT)
Carmichael desarrolló la teoría de la trayectoria cuántica (QTT) a principios de la década de 1990, [11] [12] aproximadamente al mismo tiempo que las formulaciones separadas de Dalibard Castin & Mølmer, y de Zoller , Ritsch & Dum). QTT (también conocido como método de salto cuántico o función de onda de Monte Carlo (MCWF)) es una formulación de la mecánica cuántica que rastrea el camino que toma un objeto cuántico a través del espacio de todos sus estados posibles a medida que se mide. [10]
QTT es compatible con la formulación estándar de la teoría cuántica, como se describe en la ecuación de Schrödinger , pero ofrece una vista más detallada. [3] La ecuación de Schrödinger es una teoría probabilística. Da la probabilidad de encontrar un sistema cuántico en cada uno de sus posibles estados si se realiza una medición. Esto es útil para predecir medidas promedio de grandes conjuntos de objetos cuánticos, pero no describe el comportamiento de partículas individuales. QTT llena este vacío ofreciendo una forma de describir las trayectorias de partículas cuánticas individuales que obedecen a las probabilidades dadas por la ecuación de Schrödinger. [3] [18] QTT también funciona con sistemas cuánticos abiertos que interactúan con su entorno, a diferencia de la ecuación de Schrödinger, que solo describe un sistema cuántico de forma aislada. [10] QTT se ha vuelto particularmente popular desde que la tecnología está disponible para controlar y monitorear de manera eficiente sistemas cuánticos individuales, ya que puede predecir cómo se comportarán los objetos cuánticos individuales, como las partículas, cuando se observen. [3]
En QTT, los sistemas cuánticos abiertos se modelan como procesos de dispersión , con campos externos clásicos correspondientes a las entradas y procesos estocásticos clásicos correspondientes a las salidas (los campos posteriores al proceso de medición). [1] El mapeo de entradas a salidas es proporcionado por un proceso estocástico cuántico que se configura para dar cuenta de una estrategia de medición particular (por ejemplo, conteo de fotones , detección homodina / heterodina , etc.). [8]
QTT aborda el problema de la medición en mecánica cuántica proporcionando una descripción detallada de lo que sucede durante el llamado " colapso de la función de onda ". Concilia el concepto de salto cuántico con la evolución suave descrita por la ecuación de Schrödinger . La teoría sugiere que los "saltos cuánticos" no son instantáneos, sino que ocurren en un sistema impulsado coherentemente como una transición suave a través de una serie de estados de superposición . [18] Esta predicción fue probada experimentalmente en 2019 por un equipo de la Universidad de Yale dirigido por Michel Devoret y Zlatko Minev en colaboración con Carmichael y otros en la Universidad de Yale y la Universidad de Auckland . En su experimento utilizaron un átomo artificial superconductor para observar un salto cuántico en detalle, confirmando que la transición es un proceso continuo que se desarrolla con el tiempo. También pudieron detectar cuándo estaba a punto de ocurrir un salto cuántico e intervenir para revertirlo, enviando el sistema de regreso al estado en el que comenzó. [19] Este experimento, inspirado y guiado por QTT, representa un nuevo nivel de control sobre los sistemas cuánticos y tiene aplicaciones potenciales para corregir errores en la computación cuántica en el futuro. [19] [20] [21] [22] [10] [18] [23]
Libros
- Howard Carmichael (1999, 2002) Un enfoque de sistemas abiertos a la óptica cuántica 1 ; Springer, Berlín Heidelberg ( ISBN 3-540-56634-1 )
- HJ Carmichael (1999, 2002) Métodos estadísticos en óptica cuántica 1 ; Springer, Berlín Heidelberg ( ISBN 978-3-642-08133-0 )
- HJ Carmichael (2008) Métodos estadísticos en óptica cuántica 2 ; Springer, Berlín Heidelberg ( ISBN 978-3-540-71319-7 )
- HJ Carmichael, RJ Glauber y MO Scully (Eds) (2001) Direcciones en óptica cuántica ; Springer, Berlín Heidelberg ( ISBN 3-540-41187-9 )
Honores y premios
- Medalla Dan Walls del Instituto de Física de Nueva Zelanda (2017) [24]
- Miembro de la Royal Society of New Zealand (2006) [25]
- El premio Max Born de la Optical Society of America (2003) [26]
- Premio de investigación Humboldt para científicos estadounidenses de alto nivel, Fundación Alexander Humboldt (1997) [27]
- Miembro de la Sociedad Estadounidense de Física (1995) [1]
- Miembro de la Optical Society of America (1990) [1]
Referencias
- ^ a b c d e f g h yo "Howard Carmichael - Physik-Schule" . physik.cosmos-indirekt.de (en alemán) . Consultado el 14 de agosto de 2020 .
- ^ a b "Biografía de Historia Viva de OSA" . OSA . 14 de agosto de 2020 . Consultado el 14 de agosto de 2020 .
- ^ a b c d e f Ball, Philip. "La teoría cuántica que despega el misterio de la medición" . Revista Quanta . Consultado el 14 de agosto de 2020 .
- ^ a b c "2006 Nuevos becarios" . Real Sociedad Te Apārangi . Consultado el 16 de agosto de 2020 .
- ^ a b c "Acerca de nosotros | El Centro Dodd-Walls" . Consultado el 24 de agosto de 2020 .
- ^ a b c d e f Caballero, sir Peter; Milburn, Gerard J. (31 de diciembre de 2015). "Daniel Frank Walls FRSNZ. 13 de septiembre de 1942 - 12 de mayo de 1999" . Memorias biográficas de miembros de la Royal Society . 61 : 531–540. doi : 10.1098 / rsbm.2014.0019 . ISSN 0080-4606 . S2CID 77660162 .
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- ^ "Prof. Dr. Howard John Carmichael | Asociación de Becarios von Humboldt de Nueva Zelanda" . www.humboldt.org.nz . Consultado el 14 de agosto de 2020 .