Model Jaynesa–Cummingsa (1963) opisuje najprostsze możliwe kwantowe oddziaływanie światła z materią: pojedynczy dwupoziomowy atom sprzężony z siłą g z jedną skwantowaną modą elektromagnetycznej wnęki rezonansowej. Jest to teoretyczny fundament elektrodynamiki kwantowej wnęki (cavity QED), a dziś także elektrodynamiki obwodowej z nadprzewodzącymi kubitami — dokładnie tej fizyki, na której opierają się dzisiejsze wiodące komputery kwantowe. Ten symulator pozwala wzbudzać układ atom–wnęka w dwóch reżimach: określonego stanu liczby fotonów (stan Focka) oraz stanu koherentnego, przypominającego krótki impuls laserowy uwięziony we wnęce.
Stan Focka: P_e(t) = cos²(g·t·√(n+1))
Stan koherentny: P_e(t) = ½ + ½·Σₙ Pois(n;n̄)·cos(2g·t·√(n+1))
Waga Poissona: Pois(n;n̄) = e−n̄·n̄ⁿ/n!
Czas odrodzenia: t_revival ≈ 2π√n̄ / g
Nawet przy zerowej liczbie fotonów (n = 0, próżnia elektromagnetyczna) wzbudzony atom nadal oscyluje — z częstością g — ponieważ może wyemitować foton i ponownie go pochłonąć z samych fluktuacji próżni. Ta "próżniowa oscylacja Rabiego" nie ma żadnego klasycznego odpowiednika. Wzorzec kolapsu i odrodzenia zaobserwowali po raz pierwszy eksperymentalnie Rempe, Walther i Klein w 1987 roku, a Serge Haroche otrzymał później Nagrodę Nobla z fizyki w 2012 roku za pokrewne eksperymenty z elektrodynamiki kwantowej wnęki, uwięzienia i badania pojedynczych fotonów.
Model Jaynesa–Cummingsa, opublikowany przez Edwina Jaynesa i Freda Cummingsa w 1963 roku, jest najprostszym w pełni kwantowym opisem oddziaływania światła z materią: pojedynczy dwupoziomowy atom sprzężony z siłą g z jedną modą skwantowanego pola elektromagnetycznego wewnątrz wnęki rezonansowej. Gdy wnęka zaczyna z dokładną liczbą fotonów n, a atom jest wzbudzony, prawdopodobieństwo stanu wzbudzonego P_e(t) oscyluje jako idealna krzywa cosinus do kwadratu z "próżniową częstością Rabiego" g√(n+1) — co ciekawe, ta oscylacja utrzymuje się nawet przy n = 0, napędzana wyłącznie fluktuacjami próżni pola elektromagnetycznego — czysto kwantowy efekt bez klasycznego odpowiednika.
Przełącz się na tryb stanu koherentnego, aby zobaczyć bogatsze zachowanie: stan koherentny to ważona rozkładem Poissona superpozycja wielu liczb fotonów, z których każda oscyluje z własną, nieco inną częstością Rabiego. Te składowe szybko wypadają z fazy, powodując, że obwiednia oscylacji "kolapsuje" niemal do zera, a następnie — ponieważ częstości są w przybliżeniu współmierne w pobliżu średniej liczby fotonów n̄ — ponownie synchronizują się w fazie i oscylacja "odradza się". Ten wzorzec kolapsu i odrodzenia, po raz pierwszy zmierzony przez Rempego, Walthera i Kleina w 1987 roku, jest wizytówką elektrodynamiki kwantowej wnęki i leży u podstaw nowoczesnych architektur elektrodynamiki obwodowej wykorzystywanych w nadprzewodzących komputerach kwantowych.
To najprostszy dokładnie rozwiązywalny model pojedynczego dwupoziomowego atomu sprzężonego z jedną skwantowaną modą światła we wnęce, z siłą sprzężenia g. Opisuje w pełni kwantową wymianę pojedynczego wzbudzenia między atomem a polem i stanowi podstawę elektrodynamiki kwantowej wnęki oraz obwodowej.
Nawet pusta wnęka nie jest kwantowo mechanicznie prawdziwym "niczym" — próżnia elektromagnetyczna ma fluktuacje punktu zerowego. Wzbudzony atom może wyemitować foton w te fluktuacje i ponownie go pochłonąć, wytwarzając prawdziwą oscylację z częstością g nawet przy braku fotonów. Ta "próżniowa oscylacja Rabiego" nie ma odpowiednika w fizyce klasycznej.
Stan koherentny zawiera rozkład liczb fotonów z wagami Poissona wokół średniej n̄. Każda składowa o danej liczbie fotonów oscyluje z własną częstością Rabiego 2g√(n+1). Ponieważ te liczne częstości są bliskie, ale nie identyczne, szybko wypadają z fazy (kolaps), a następnie, ponieważ √(n+1) zmienia się płynnie i niemal liniowo w pobliżu n̄, okresowo ponownie się synchronizują i oscylacja pojawia się ponownie (odrodzenie), mniej więcej co t_odrodz. ≈ 2π√n̄/g.
Eksperymenty elektrodynamiki kwantowej wnęki prowadzone przez grupę Serge'a Haroche'a uwięziły fotony mikrofalowe między nadprzewodzącymi zwierciadłami i zaobserwowały dokładnie taki wzorzec kolapsu i odrodzenia — praca uhonorowana Nagrodą Nobla z fizyki w 2012 roku. To samo sprzężenie Jaynesa–Cummingsa opisuje dziś nadprzewodzące kubity sprzężone z rezonatorami mikrofalowymi w elektrodynamice obwodowej, wiodącej architekturze wielu dzisiejszych komputerów kwantowych.