Quantum Simulations with Photons and Polaritons: Merging Quantum Optics with Condensed Matter Physics

ویرایش: 1 
نویسندگان: Dimitris G. Angelakis (eds.)  
سری: Quantum Science and Technology 
ISBN (شابک) : 9783319520254, 9783319520230 
ناشر: Springer International Publishing 
سال نشر: 2017 
تعداد صفحات: 220 
زبان: English 
فرمت فایل : PDF (درصورت درخواست کاربر به PDF، EPUB یا AZW3 تبدیل می شود) 
حجم فایل: 8 مگابایت 

قیمت کتاب (تومان) : 45,000



این کتاب پیشرفت به سمت شبیه‌سازهای کوانتومی مبتنی بر سیستم‌های فوتونیک و ترکیبی ماده نور را بررسی می‌کند و پیشنهادات نظری و کارهای تجربی اخیر را پوشش می‌دهد. شبیه سازهای کوانتومی کامپیوترهای کوانتومی مخصوص طراحی شده اند. هدف اصلی آنها شبیه سازی و درک پدیده های پیچیده و غیرقابل دسترس کوانتومی چند جسمی است که در فیزیک ماده متراکم، علم مواد و نظریه های میدان کوانتومی عجیب و غریب یافت شده یا پیش بینی شده اند. برنامه‌های کاربردی شامل مهندسی مواد هوشمند، مدارهای نوری یا الکترونیکی قوی، رمزگشایی شیمی کوانتومی و حتی طراحی داروها می‌شود.

تحولات فناوری در زمینه‌های رابط نور و ماده، به‌ویژه در اپتیک کوانتومی چند جسمی ، پیشنهادات اخیر را برای شبیه سازهای کوانتومی بر اساس فوتون ها و پلاریتون های همبسته قوی ایجاد شده در سیستم های ترکیبی ماده نور ایجاد کرده اند. دومی دارای نقاط قوت مکمل برای شبیه‌سازهای مبتنی بر اتم و یون سرد است و می‌توانند برای مثال خارج از پدیده‌های تعادلی در یک محیط اتلاف‌کننده طبیعی رانده شوند. این کتاب برخی از مهم‌ترین آثار در این زمینه را پوشش می‌دهد که به بررسی پیشنهاد انتقال موت و فیزیک مایع لوتینگر با نور، شبیه‌سازی نظریه‌های نسبیتی متقابل، عایق‌های توپولوژیکی و فیزیک میدان گیج می‌پردازد. اکنون مرحله میدان در نقطه‌ای است که در رأس طرح‌های تئوری متعدد; آزمایش‌ها نیز گزارش شده‌اند.

در ارتباط با پیشنهادات تئوری ارائه‌شده در فصل‌ها، پلت‌فرم‌های اصلی فناوری کوانتومی تجربی که از گروه‌هایی در سرتاسر جهان برای تحقق شبیه‌سازهای فوتونیک و پلاریتونیک در آزمایشگاه توسعه یافته‌اند نیز مورد بحث قرار می‌گیرند. اینها شامل آرایه‌های تشدیدگر ریزموج جفت شده در مدارهای ابررسانا، سیستم‌های پلاریتون مبتنی بر نیمه‌رسانا، و تراشه‌های فوتونی کوانتومی یکپارچه می‌شوند.

این اولین کتابی است که به رویکردهای فوتونیکی برای شبیه‌سازی کوانتومی اختصاص داده شده است، مبانی را برای محققی که تازه وارد این حوزه شده است، مرور می‌کند، و ارائه یک مرجع کامل برای دانشجوی تحصیلات تکمیلی که در حال شروع یا در حال گذراندن دوره دکترا در این زمینه است.

This book reviews progress towards quantum simulators based on photonic and hybrid light-matter systems, covering theoretical proposals and recent experimental work. Quantum simulators are specially designed quantum computers. Their main aim is to simulate and understand complex and inaccessible quantum many-body phenomena found or predicted in condensed matter physics, materials science and exotic quantum field theories. Applications will include the engineering of smart materials, robust optical or electronic circuits, deciphering quantum chemistry and even the design of drugs.

Technological developments in the fields of interfacing light and matter, especially in many-body quantum optics, have motivated recent proposals for quantum simulators based on strongly correlated photons and polaritons generated in hybrid light-matter systems. The latter have complementary strengths to cold atom and ion based simulators and they can probe for example out of equilibrium phenomena in a natural driven-dissipative setting. This book covers some of the most important works in this area reviewing the proposal for Mott transitions and Luttinger liquid physics with light, to simulating interacting relativistic theories, topological insulators and gauge field physics. The stage of the field now is at a point where on top of the numerous theory proposals; experiments are also reported.

Connecting to the theory proposals presented in the chapters, the main experimental quantum technology platforms developed from groups worldwide to realize photonic and polaritonic simulators in the laboratory are also discussed. These include coupled microwave resonator arrays in superconducting circuits, semiconductor based polariton systems, and integrated quantum photonic chips.

This is the first book dedicated to photonic approaches to quantum simulation, reviewing the fundamentals for the researcher new to the field, and providing a complete reference for the graduate student starting or already undergoing PhD studies in this area.

Front Matter....Pages i-xiii
Strongly Correlated Polaritons in Nonlinear Cavity Arrays....Pages 1-21
Phase Diagram and Excitations of the Jaynes-Cummings-Hubbard Model....Pages 23-41
Out-of-Equilibrium Physics in Driven Dissipative Photonic Resonator Arrays....Pages 43-70
Topological Physics with Photons....Pages 71-89
Exciton-Polariton Quantum Simulators....Pages 91-121
Strongly Correlated Photons in Nonlinear Nanophotonic Platforms....Pages 123-151
Quantum Simulations with Circuit Quantum Electrodynamics....Pages 153-180
Dirac Dynamics in Waveguide Arrays: From Zitterbewegung to Photonic Topological Insulators....Pages 181-214