La electrodinámica cuántica de cavidades ( QED por sus siglas en inglés ) es el estudio de la interacción entre la luz confinada en una cavidad reflectante y los átomos u otras partículas, en condiciones en las que la naturaleza cuántica de los fotones es significativa. En principio, podría utilizarse para construir un ordenador cuántico .
El caso de un solo átomo de 2 niveles en la cavidad se describe matemáticamente mediante el modelo de Jaynes-Cummings , y experimenta oscilaciones de Rabi en el vacío , es decir, entre un átomo excitado y fotones, y un átomo en estado fundamental y fotones.
Si la cavidad está en resonancia con la transición atómica, un semiciclo de oscilación que comienza sin fotones intercambia coherentemente el estado del qubit del átomo con el del campo de la cavidad, y puede repetirse para intercambiarlo nuevamente; esto podría usarse como una única fuente de fotones (comenzando con un átomo excitado) o como una interfaz entre una computadora cuántica de átomos o iones atrapados y una comunicación cuántica óptica .
Otras duraciones de interacción crean entrelazamiento entre el átomo y el campo de cavidad; por ejemplo, un cuarto de ciclo en resonancia a partir de da como resultado el estado de máxima entrelazamiento (un estado de Bell ) . En principio, esto se puede utilizar como un ordenador cuántico , matemáticamente equivalente a un ordenador cuántico de iones atrapados con fotones de cavidad que reemplazan a los fonones.
El Premio Nobel de Física de 2012 fue otorgado a Serge Haroche y David Wineland por su trabajo en el control de sistemas cuánticos. [1]
Haroche comparte la mitad del premio por desarrollar un nuevo campo llamado electrodinámica cuántica de cavidades (CQED), en el que las propiedades de un átomo se controlan colocándolo en una cavidad óptica o de microondas. Haroche se centró en experimentos de microondas y le dio la vuelta a la técnica: utilizó CQED para controlar las propiedades de fotones individuales. [1]
En una serie de experimentos innovadores, Haroche utilizó la CQED para realizar el famoso experimento del gato de Schrödinger, en el que un sistema se encuentra en una superposición de dos estados cuánticos muy diferentes hasta que se realiza una medición en el sistema. Estos estados son extremadamente frágiles y las técnicas desarrolladas para crear y medir estados CQED se están aplicando ahora al desarrollo de ordenadores cuánticos.
