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Le modèle de Jaynes-Cummings est un modèle théorique d'optique quantique. Il décrit les interactions entre un système à deux niveaux et les modes du champ électromagnétique d'une cavité optique. Des quanta de radiation électromagnétique (photons) peuvent spontanément être émis ou absorbés par la cavité. Le modèle de Jaynes-Cummings s'avère être utile en physique atomique et en optique quantique, de même que pour le traitement de l'information quantique.
Histoire[modifier | modifier le code]
Le modèle a été initialement proposé par Edwin Jaynes et Fred Cummings en 1963 pour établir un lien entre la théorie de l'électrodymanique quantique et le phénomène semi-classique d'émission spontanée. [1]
Selon la théorie précédente sur les interactions champ-atome, l'atome seul est quantifié, tandis que le champ électromagnétique est une fonction continue du temps (plutôt qu'un opérateur). Cette théorie semi-classique permet d'expliquer plusieurs phénomènes de l'optique, par exemple les oscillations de Rabi. Dans la théorie de Jaynes-Cummings, le champ électromagnétique est quantifié par le photon tel que décrit par la mécanique quantique. Ceci permit d'expliquer
In the earlier semi-classical theory of field-atom interaction, only the atom is quantized and the field is treated as a definite function of time rather than as an operator. The semi-classical theory can explain many phenomena that are observed in modern optics, for example the existence of Rabi cycles in atomic excitation probabilities for radiation fields with sharply defined energy (narrow bandwidth). The JCM serves to find out how quantization of the radiation field affects the predictions for the evolution of the state of a two-level system in comparison with semi-classical theory of light-atom interaction. It was later discovered that the revival of the atomic population inversion after its collapse is a direct consequence of discreteness of field states (photons).[2][3] This is a pure quantum effect that can be described by the JCM but not with the semi-classical theory.
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- E.T. Jaynes et F.W. Cummings, « Comparison of quantum and semiclassical radiation theories with application to the beam maser », Proc. IEEE, vol. 51, no 1, , p. 89–109 (DOI 10.1109/PROC.1963.1664)
- F.W. Cummings, « Stimulated emission of radiation in a single mode », Phys. Rev., vol. 140, no 4A, , A1051–A1056 (DOI 10.1103/PhysRev.140.A1051, Bibcode 1965PhRv..140.1051C)
- J.H. Eberly, N.B. Narozhny et J.J. Sanchez-Mondragon, « Periodic spontaneous collapse and revival in a simple quantum model », Phys. Rev. Lett., vol. 44, no 20, , p. 1323–1326 (DOI 10.1103/PhysRevLett.44.1323, Bibcode 1980PhRvL..44.1323E)