kvanttivärähtäjiin

Kvanttivärähtäjät ovat kvanttimekaniikassa käytetty malli järjestelmistä, joissa värähtely voidaan mallintaa harmonisena oskillaattorina. Klassisen värähtäjän kvantisoidussa versiosta seuraa energia-asteikko, jonka pisteet ovat E_n = ħω(n + 1/2). Malli voidaan formalisoida luodut ja annihiloivat operaattorit (a† ja a), joille pätee [a, a†] = 1 ja x sekä p ilmaistaan näiden operaatoreiden avulla. Tämän mallin ratkaisut tuottavat kvanttisatunnukset, kuten n-hengen tilat |n⟩ ja niiden energiat E_n.

Perustavan tilan lisäksi kvanttivärähtäjä tarjoaa erikoistiloja: koherentti tila |α⟩, joka on a:n oikea suuruustila (a|α⟩ = α|α⟩) ja jossa kuvat ovat mahdollisimman klassisia, sekä näitä tiloja yhdistävät quadrature-tilat. Ground state on tihemin energian ja perusmittausten kannalta tärkeä, ja epävarmuudet täyttävät Heisenbergin rajoituksen ΔxΔp = ħ/2. Koherentit sekä painotetut, squeeze-tilat voivat muuttaa toista kvadratuuria puristamalla toisen epävarmuutta.

Kvanttivärähtäjiä voidaan toteuttaa useissa järjestelmissä, kuten ionisäikeissä (Paul-säikeissä), suprajohtavissa resonansseissa (kutoskierroksissa sekä mikrobassien kontekstissa), optomekaniikassa sekä nanomekaanisissa värähtäjissä. Ne toimivat perusmalleina kvanttifysiikan demonstraatioissa sekä teknisissä sovelluksissa kvanttitiedonsiirrossa, kvantti-informaation käsittelyssä ja metrologiassa.

Järjestelmät ovat vuorovaikutuksessa ympäristönsä kanssa, mikä johtaa energiakanavien menetykseen ja decoherencsiin. Tämän kuvataan usein Lindbladin muodossa, ja käytännössä värähtäjiä kuvaavat relaxaatiot ja dekoherenssiaikojen (T1, T2) mittaukset ohjaavat kokeellista suunnittelua. Kvanttivärähtäjät thus ovat sekä teoreettinen perusmalli että monipuolinen työväline modernissa kvanttitekniikassa.