ハワード・カーマイケル
ニュージーランドの理論物理学者

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の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った。彼は現在、名誉教授である。カーマイケルは量子光学の分野の発展に貢献し、特に量子軌跡理論（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により、量子の振る舞いについてのより詳細な見解を提供する。[3] [ 4 ]カーマイケルは、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を適用するために、世界中の実験グループと 協力し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判員として表彰された。

ハワード・カーマイケル
生まれる（1950年1月17日）1950年1月17日（76歳）
母校
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

経歴と教育

カーマイケルは1950年1月17日、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。オークランド大学で1971年に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]。カーマイケルはここで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の指導、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として研究を終えてニュージーランドに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共同研究を行う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学中、ウォールズと共に量子光学の理論的基礎に重要な貢献を果たした。[6] [5] その後、彼は大学院での研究をさらに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、1991年に教授となった。[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着任し、初代ダン・ウォールズ物理学教授となった。[1] [8] [2]

研究

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系の分野に重要な貢献をしてきた。[4] [9] 彼は特に、量子系がその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跡理論 (1993) 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) カスケード型量子系の理論と応用を開発した。この理論では、1 つの量子系の光出力が別の量子系の光入力になる。[11] [12] [13]彼はまた、非古典的光と量子相関、量子光学測定、放射過程における量子ゆらぎと雑音、非線形物理学と多光子過程、空洞量子電気力学、量子統計的手法、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]

反集光光

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独創的な論文[15] [16]を発表しました。これは、光の量子的性質の実験的実証につながりました。 [6] [7]この論文は、カーマイケルが修士課程のときに始めた、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法を用いた彼らの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ことで共鳴蛍光を研究することに決めました。当時発展途上の量子光学コミュニティでは、実験的および理論的な共鳴蛍光の両方に、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法を使用して、以前の実験結果と一致する蛍光スペクトルの形を導きました。 [17] 彼らはさらに2次相関関数を計算し、共鳴蛍光の統計を調査しました。彼らは、相関関数は時間遅延がゼロの時にゼロに低下するはずであると予測し、その予測を検証するために量子電磁力学（QED）実験を提案した。これらの実験はその後まもなく実施され、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]

量子軌道理論（QTT）

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、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、測定される量子物体がその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によって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、より詳細な視点を提供します。[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、量子システムを単独でのみ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、開放量子系は散乱過程としてモデル化され、入力には古典的な外場が、出力（測定過程後の場）には古典的な確率過程が対応します。 [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ます。[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取り組んでいます。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で記述される滑らかな発展を調和させます。この理論は、「量子ジャンプ」は瞬間的なものではなく、コヒーレント駆動システムにおいて、一連の重ね合わせ状態を通る滑らかな遷移として起こることを示唆しています。[18]この予測は、2019年にミシェル・デヴォレットとズラトコ・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検証しました。実験では、超伝導人工原子を用い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に着想を得て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示しており、将来的には量子コンピューティングにおけるエラー訂正への応用が期待されています。[19] [20] [21] [22] [10] [18] [23]

本

  • 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）

栄誉と賞

参考文献

  1. ^ abcdefghi "ハワード カーマイケル – 物理学教育". physik.cosmos-indirekt.de (ドイツ語) 。2020年8月14日に取得。
  2. ^ ab 「OSA Living History Biography」. OSA . 2020年8月14日. 2020年8月14日閲覧。
  3. ^ abcdef Ball, Philip (2019年7月3日). 「測定の謎を解き明かす量子理論」Quanta Magazine . 2020年8月14日閲覧。
  4. ^ abc 「2006年ニューフェロー」.王立協会テ・アパランギ。2020年8月16日に取得。
  5. ^ abc 「About Us | The Dodd-Walls Centre」. 2020年8月24日閲覧。
  6. ^ abcdef ナイト卿、ジェラード・J・ミルバーン (2015年12月31日). 「ダニエル・フランク・ウォールズ FRSNZ. 1942年9月13日 — 1999年5月12日」王立協会フェロー伝記. 61 : 531–540 . doi :10.1098/rsbm.2014.0019. ISSN  0080-4606. S2CID  77660162.
  7. ^ abc カーマイケル、ハワード (2023). 「量子ジャンプの物語」.ニュージーランド科学レビュー. 72 (2): 31– 34. doi : 10.26686/nzsr.v72.8604 .
  8. ^ ab “Dr Howard Carmichael - The University of Auckland”. unidirectory.auckland.ac.nz . 2021年5月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2020年8月14日閲覧。
  9. ^ 「クイーンズタウンのノーベル賞受賞者が新たな量子世界を明らかにする」www.voxy.co.nz . 2020年8月24日閲覧。
  10. ^ abcd ボール、フィリップ（2020年3月28日）「現実は作られつつある」ニューサイエンティスト：35-38ページ。
  11. ^ ab Carmichael, HJ (1993).量子光学への開放系アプローチ, 物理学講義ノート, 新シリーズ m-モノグラフ, 第 m18巻. ベルリン: Springer-Verlag.
  12. ^ ab Carmichael, HJ (1993). 「カスケード開放系における量子軌跡理論」 . Physical Review Letters . 70 (15): 2273– 2276. Bibcode :1993PhRvL..70.2273C. doi :10.1103/PhysRevLett.70.2273. PMID  10053519.
  13. ^ Gardiner, CW (1993). 「駆動量子系の出力場を用いた別の駆動量子系の駆動」 . Physical Review Letters . 70 (15): 2269– 2272. Bibcode :1993PhRvL..70.2269G. doi :10.1103/PhysRevLett.70.2269. PMID  10053518.
  14. ^ 「ニュージーランドの科学者たちの『スコッティ、ビームで送って』という夢」SBSニュース。 2020年8月25日閲覧。[永久リンク切れ]
  15. ^ Carmichael and Walls, H. J and DF (1976). 「光子相関法による共鳴シュタルク効果の測定提案」. Journal of Physics B: Atomic and Molecular Physics . 9 (4): L43-46. Bibcode :1976JPhB....9L..43C. doi :10.1088/0022-3700/9/4/001.
  16. ^ Carmichael, HJ; Walls, DF (1976). 「量子力学的マスター方程式による動的シュタルク効果の扱い」 . Journal of Physics B: Atomic and Molecular Physics . 9 (8): 1199. Bibcode :1976JPhB....9.1199C. doi :10.1088/0022-3700/9/8/007.
  17. ^ Carmichael and Walls, HJ and DF (1975). 「強く駆動された2準位原子からの自発放出の取り扱いに関するコメント」. Journal of Physics B: Atomic and Molecular Physics . 8 : L77-81. doi :10.1088/0022-3700/8/6/001.
  18. ^ abc 「世界最高峰の研究者と協力し、量子理論における100年来の謎に挑む」（PDF）。2019年ドッド・ウォールズ・センター年次報告書：20～ 21。 2021年1月26日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2020年8月25日閲覧。
  19. ^ ab Ball, Philip (2019年6月5日). 「量子飛躍は、長い間瞬時に起こると考えられてきたが、実際には時間がかかる」Quanta Magazine . 2020年8月27日閲覧。
  20. ^ 「物理学者はシュレーディンガーの猫のジャンプを予測できる（そしてついに救える）」ScienceDaily . 2020年8月25日閲覧。
  21. ^ 「量子ジャンプを捉えるには」Physics World 2019年6月7日2020年8月25日閲覧。
  22. ^ Lea, Robert (2019年6月3日). 「シュレーディンガーの猫の飛躍を予測する」. Medium . 2020年8月25日閲覧。
  23. ^ 「物理学者はシュレーディンガーの猫の跳躍を予測できる（そしてついにそれを救う）」phys.org . 2020年8月27日閲覧。
  24. ^ Scully, Marlan O. (2000). 「量子光学における統計的手法のレビュー1：ハワード・J・カーマイケル著『マスター方程式とフォッカー・プランク方程式』」Physics Today . 53 (3): 78– 80. Bibcode :2000PhT....53c..78C. doi :10.1063/1.883009.
  25. ^ 「NZIP Awards – New Zealand Institute of Physics」 . 2020年9月9日閲覧。
  26. ^ 「AC」。王立協会テ・アパランギ。2020年8月14日に取得。
  27. ^ 「マックス・ボルン賞」アメリカ光学会. 2018年6月1日閲覧。
  28. ^ 「ハワード・ジョン・カーマイケル教授｜ニュージーランド・フォン・フンボルト・フェロー協会」www.humboldt.org.nz . 2020年8月14日閲覧。
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