Большие флуктуации в двухуровневых системах со стимулированным излучением
E. A. Pecherskii, Eugene Abramovich Pechersky, Сергей Анатольевич Пирогов, Sergey Anatol'evich Pirogov, Гунтер Маркус Шютц, Gunter Markus Schutz, Александр Александрович Владимиров, Aleksandr Aleksandrovich Vladimirov, Анатолий Андреевич Ямбарцев, Anatoli Yambartsev
СО СТИМУЛИРОВАННЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМРассматривается система N идентичных независимых марковских процессов, каждый из которых принимает значения 0 или 1. Эта система описывает стохастическую динамику ансамбля двухуровневых атомов.Атомы находятся в потоке фотонов, под действием которого каждый атом меняет свое состояние, переходя с некоторой интенсивностью либо из основного состояния в возбужденное, либо из возбужденного состояния в основное (вынужденное излучение).Атом также может спонтанно менять возбужденное состояние на основное.Изучаются редкие события, при которых на фиксированном временном интервале [0, T ] имеет место большое суммарное излучение.Используется теория больших уклонений, которая позволяет провести асимптотический анализ при N → ∞.
СО СТИМУЛИРОВАННЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМРассматривается система N идентичных независимых марковских процессов, каждый из которых принимает значения 0 или 1. Эта система описывает стохастическую динамику ансамбля двухуровневых атомов.Атомы находятся в потоке фотонов, под действием которого каждый атом меняет свое состояние, переходя с некоторой интенсивностью либо из основного состояния в возбужденное, либо из возбужденного состояния в основное (вынужденное излучение).Атом также может спонтанно менять возбужденное состояние на основное.Изучаются редкие события, при которых на фиксированном временном интервале [0, T ] имеет место большое суммарное излучение.Используется теория больших уклонений, которая позволяет провести асимптотический анализ при N → ∞.
Ранее в [ 3 ], [ 4 ] был выполнен анализ природы квантовых- дифракционных и интерференционных явлений, возникающих при упругом, квазиклассическом (т.е. при высоких относительных скоростях) рассеянии субатомных частиц (атомы, молекулы, ионы и т.д.) на потенциалах отталкивания в области малых углов. Для анализа использовано выражение амплитуды рассеяния в приближении прицельного параметра, представимое разложением в бесконечный ряд Фурье интегралов от фазовых сдвигов парциальных волн и функции Бесселя нулевого порядка, аппроксимирующей полиномы Лежандра [ 4 ]. Слагаемые такого ряда при рассеянии на малые углы “де факто” являются интегралами по путям Фейнмана. С позиций вычисления главных вкладов в интегралы Фейнмана удается интерпретировать процессы, вносящие основные вклады в амплитуду рассеяния на угол : упругое рассеяние по разрешенным классической механикой траекториям; упругое рассеяние по запрещенным классической механикой траекториям- туннелирование частиц на углы -; и упругое рассеяние на малый угол с виртуальным захватом частиц на замкнутые орбиты- квантовое орбитирование. Суммарная амплитуда рассеяния на угол является при этом “квантово запутанной” между данными альтернативами, а также малоугловым дифракционным слагаемым, формирующим в дифференциальных сечениях рассеяния на самых малых углах первый дифракционный пик. В данной заметке проведен анализ того, могут ли в экспериментах с субатомными частицами (атомы, ядра, электроны) среди всех перечисленных альтернатив быть выделены самые редкие события- закручивание частиц полем на виртуальные замкнутые или почти замкнутые орбиты.
В настоящей работе исследована динамика системы двух двухуровневых естественных или искусственных атомов, один из которых находится в идеальном резонаторе и взаимодействует с модой одномодового теплового поля, а второй свободно перемещается вне резонатора. Для описания динамики системы нами найдены собственные значения и собственные функции гамильтониана модели. С их помощью получено точное выражение для матрицы плотности в случае чистого начального состояния атомов и теплового состояния поля. Найдена редуцированная атомная матрица плотности. Проведено транспонирование атомной матрицы плотности по переменным одного кубита. С ее помощью рассчитан параметр Переса-Хородецких. Проведено численное моделирование параметра атомного перепутывания для различных начальных чистых состояний атомов и среднего числа фотонов в тепловой моде. Найдено, что тепловое поле может индуцировать высокую степень перепутывания кубитов в рассматриваемой модели. При этом имеется возможность управления и контроля за степенью перепутывания за счет изменения интенсивности диполь-дипольного взаимодействия кубитов и температуры резонатора. Показано, что максимальная степень перепутывания кубитов достигается для состояния, в котором возбужден только один из атомов.
Почему чудесные выводы опытов Аспекта проистекают из отсутствия времени и пространства в системе частиц, распространяющихся с предельной скоростью. В статье предлагается радикальная реляционная интерпретация квантовой механики, объединяющая её со специальной теорией относительности на основе фундаментального факта: в собственной системе отсчёта частиц, движущихся со скоростью света (или составляющих их волновых функций), собственное время и пространство равны нулю. Квантовая неопределённость (соотношения Гейзенберга), интерференция, спонтанное излучение, виртуальные частицы и, главное, нелокальность запутанных состояний (нарушение неравенств Белла) объясняются не мистическим дальнодействием или онтологической суперпозицией, а отсутствием внутренней пространственно-временной структуры у самих квантов. Для них «здесь» и «там», «до» и «после» не существуют — частицы запутанной пары находятся в одной «точке» своей безвременной реальности. Пространство-время и причинность рассматриваются как эмерджентные явления, возникающие из каузальных цепочек квантовых взаимодействий в динамическом вакууме. Движение кванта трактуется как реляционный процесс последовательной передачи его состояния через замещение виртуальными аналогами в вакууме. Метрика пространства-времени порождается «мощностью» нулевого времени — количеством промежуточных квантовых событий в причинно-следственной цепочке. Предлагается новая онтология неметрического вакуума («безвременья») и первоматерии — потенциала комплементарных пар, реализующихся как локальные метрики. Это позволяет естественно объяснить эффект Казимира, Унруха, Хокинга, рождение Вселенной и сохранение фундаментальных зарядов без постулирования глобальной метрики или бесконечной энергии вакуума. Модель снимает классическую дилемму Белла, предлагая реляционный реализм: нелокальность оказывается артефактом попытки описать систему без учёта её собственной (нулевой) системы отсчёта. Детерминизм восстанавливается на фундаментальном уровне как реляционная актуализация мод в 9-мерном конфигурационном пространстве. Статья содержит подробный анализ конкретных квантовых явлений, критику глобальной метрики пространства-времени, новую интерпретацию квантовых вычислений и обоснование невозможности квантовых теорий сознания в макроскопических системах.
М. РОЗМАН ОПТИЧЕСКИЕ СПЕКТРЫ ДВУХУРОВНЕВОЙ СИСТЕМЫ В БИГАРМОНИЧЕСКОМ ПОЛЕ ( Представил В. Хижняков) Цель данного сообщения нахождение положений, интенсивностей и ширин линий резонансной флуоресценции двухуровневой системы в бигармоническом поле.Рассматривается возбуждение электромагнит- ными полями одинаковой интенсивности, частоты которых расположены симметрично относительно частоты электронного перехода.Учитываются процессы радиационной релаксации и интерференция переизлучаемых фотонов.Согласно [ 1 ], энергетический спектр собственных состояний системы двухуровневый атом -поле («одетых» состояний) эквидистантен с рас-) где | g} и \е ) основное и возбужденное состояния атома соответ- ственно, \п,пг} ь состояние поля с ц-фотонами частоты coi =юю + А и m-фотонами частоты озг = озш -А.Коэффициенты в разложении (1) волновой функции обладают свойствомСп {Е) = е™рС п-р {Е рА),
СПОНТАННОЕ НАРУШЕНИЕ СИММЕТРИИ И АЛГЕБРА ФЛУКТУАЦИЙ Приводятся аргументы в пользу применения метода квазисредних Боголюбова для квантовых систем.Во-первых, поясняется, как он может быть использован при изучении фазовых переходов со спонтанным нарушением симметрии.С этой целью рассматривается пример бозе-эйнштейновской конденсации в непрерывных системах.Анализ различных типов обобщённой конденсации показывает, что единственными физически достоверными величинами являются те, которые определяются квазисредними Боголюбова.В этой связи также приводится решение задачи Либа-Зайрингера-Ингвасона. Во
Построена модель эволюции внутреннего состояния ультрарелятивистского пучка массивных бозонов под влиянием мониторинга со стороны окружения. Последнее представлено системой детекторов, регистрирующих события распада частиц. Показано, как (в общем случае неполное) знание реально зафиксированной истории распадов меняет не только внутреннее состояние пучка, описываемое в терминах числа частиц, но и состояние его движения посредством релятивистских эффектов. Построено управляющее уравнение на операторы плотности, обусловленные числом зарегистрированных распадов. Из его решения аналитически получены выражения для совместных распределений частиц по импульсам и числу распадов. В зависимости от статистики событий распадов возможны как информационно-индуцированное ускорение пучка, так и его замедление; эти эффекты наглядно проявляются в форме усредненных мировых линий пучка.