PL 
EnglishDomyślny
Українська🔬 Oscylacje Rabiego — wymuszony atom dwupoziomowy
Pobudź atom dwupoziomowy polem rezonansowym: obsadzenie oscyluje koherentnie między stanem podstawowym a wzbudzonym z częstością Rabiego — to podstawa sterowania kubitem.
O tej symulacji
Gdy układ kwantowy dwupoziomowy — uproszczony „atom” mający jedynie stan podstawowy i wzbudzony, ten sam model, który opisuje kubit — jest pobudzany polem oscylującym o częstości bliskiej jego częstości przejścia, obsadzenie nie przeskakuje po prostu z jednego stanu do drugiego. Zamiast tego płynie tam i z powrotem w sposób koherentny, przez część czasu pozostając w superpozycji obu stanów, zanim w pełni powróci do stanu podstawowego i cykl się powtórzy. To okresowe przenoszenie obsadzenia to właśnie oscylacja Rabiego, a jej tempo — częstość Rabiego Ω — zależy od tego, jak silnie pole sprzęga się z atomem.
Ta symulacja całkuje równania Schrödingera / optyczne równania Blocha dla układu dwupoziomowego w układzie wirującym i wykreśla obsadzenie stanu wzbudzonego Pe(t) w czasie, a obok pokazuje wektor Blocha na sferze. Suwak siła pobudzenia Ω ustawia częstość Rabiego — silniejsze pobudzenie oznacza szybsze oscylacje. Suwak rozstrojenie Δ przesuwa częstość pola względem częstości przejścia atomowego: oddalenie od rezonansu przyspiesza oscylacje, ale zmniejsza ich maksymalną amplitudę, ponieważ pole nie jest już w stanie w pełni odwrócić atomu. Przyciski impuls π i impuls π/2 ustawiają dokładnie taki czas trwania pobudzenia, który daje pełne odwrócenie obsadzenia (bramka kubitowa NOT) oraz równą superpozycję (podstawowy element interferometrii Ramseya), natomiast Pauza i Restart pozwalają zatrzymać lub uruchomić symulację od nowa.
Najczęściej zadawane pytania
Czym są oscylacje Rabiego?
Oscylacja Rabiego to koherentne, okresowe przenoszenie obsadzenia między dwoma poziomami układu kwantowego, gdy jest on pobudzany niemal rezonansowym polem oscylującym. Prawdopodobieństwo znalezienia atomu w stanie wzbudzonym płynnie rośnie od 0 do wartości maksymalnej i z powrotem opada.
Czym jest częstość Rabiego?
Częstość Rabiego Ω to tempo, w jakim obsadzenie krąży między dwoma poziomami w warunkach rezonansu. Jest równa iloczynowi momentu dipolowego i amplitudy pola, podzielonemu przez stałą Plancka: Ω = d·E/ℏ. Silniejsze pobudzenie oznacza szybsze oscylacje.
Czym jest rozstrojenie?
Rozstrojenie Δ to różnica między częstością pola pobudzającego a częstością przejścia atomowego. Gdy Δ wynosi zero, pole jest w rezonansie; niezerowe rozstrojenie przyspiesza oscylacje, ale zmniejsza maksymalne obsadzenie stanu wzbudzonego.
Czym jest uogólniona częstość Rabiego?
Uogólniona (efektywna) częstość Rabiego wynosi ΩR = √(Ω² + Δ²). To ona wyznacza rzeczywiste tempo oscylacji przy niezerowym rozstrojeniu, a amplituda oscylacji jest zmniejszona o czynnik Ω²/ΩR².
Czym jest impuls π?
Impuls π to pobudzenie trwające dokładnie tyle czasu, ile potrzeba na wykonanie połowy cyklu Rabiego, ΩR·t = π. W rezonansie całkowicie odwraca atom, przenosząc całe obsadzenie ze stanu podstawowego do wzbudzonego — jest to odpowiednik bramki kubitowej NOT.
Czym jest impuls π/2?
Impuls π/2 pobudza układ przez ćwierć cyklu Rabiego, ΩR·t = π/2. W rezonansie tworzy równą superpozycję stanu podstawowego i wzbudzonego — wektor Blocha znajduje się wtedy w płaszczyźnie równikowej. To podstawowy element interferometrii Ramseya.
Czym jest sfera Blocha?
Sfera Blocha to geometryczny obraz stanu układu dwupoziomowego. Biegun północny to stan podstawowy, biegun południowy to stan wzbudzony, a każdy stan czysty jest punktem na powierzchni sfery. Pobudzanie atomu obraca wektor Blocha wokół osi wyznaczonej przez pole pobudzające i rozstrojenie.
Jak oscylacje Rabiego wiążą się z kubitami?
Kubit to sterowalny układ dwupoziomowy, dlatego oscylacje Rabiego są dokładnie tym mechanizmem, dzięki któremu wykonuje się bramki jednokubitowe. Dobierając czas trwania impulsu, jego fazę i rozstrojenie, eksperymentator obraca kubit do dowolnego zadanego stanu na sferze Blocha.
Dlaczego rzeczywiste oscylacje Rabiego zanikają?
W rzeczywistych układach spontaniczna emisja i dekoherencja stopniowo niszczą spójność fazową, przez co oscylacje zanikają, a obsadzenie zbliża się do wartości ustalonej. Ta uproszczona symulacja pokazuje idealny, niezanikający przypadek koherentny, aby wyraźnie zilustrować fizykę zjawiska.
Kto odkrył oscylacje Rabiego?
Ich nazwa pochodzi od Isidora Isaaca Rabiego, który pod koniec lat 30. XX wieku opracował teorię rezonansu magnetycznego w wiązkach molekularnych. Jego praca zdobyła Nagrodę Nobla z fizyki w 1944 roku i stanowi podstawę techniki NMR, zegarów atomowych oraz obliczeń kwantowych.