¿Son las oscilaciones Rabi un proceso cuántico puro?

Question

Oscilaciones Rabi se conocen comúnmente como las oscilaciones en el tiempo de la probabilidad de ocupación de un sistema cuántico de dos niveles bajo la acción de una interacción de acoplamiento entre los dos niveles.

No obstante, creo que las oscilaciones Rabi no son realmente una prueba de los efectos cuánticos de la luz y la materia hasta que se observan frecuencias Rabi discretas, como se hizo Por ejemplo en

M. Brune, F. Schmidt-Kaler, A. Maali, J. Dreyer, E. Hagley, J.-M. Raimond y S. Haroche. Oscilación Rabi Cuántica: Una prueba directa de la cuantificación del campo en una cavidad. Physical Review Letters 76 1800-1803 (1996) . ( artículo de lectura libre )

Así que mi pregunta es la siguiente: ¿Son las oscilaciones Rabi una sonda de la cuántica o no? (con el término "cuántico" me refiero a una especie de dualidad partícula-onda) En particular: ¿se pueden observar efectos similares entre dos modos oscilantes? Para entender un poco más esta última pregunta, está claro que la discreción de las frecuencias de Rabi son una sonda de la dualidad partícula-onda. Así que la pregunta se puede reformular como ¿Qué pasa si me olvido del sistema de dos niveles? Por ejemplo, ¿qué ocurre si sustituyo el sistema de dos niveles por un oscilador armónico cuántico y luego tomo el límite clásico para este oscilador?

Answer 1

Las oscilaciones Rabi pueden sondear la "cuántica" del campo electromagnético. Los campos cuantificados que interactúan con sistemas de dos niveles pueden provocar colapsos y reactivaciones en las oscilaciones Rabi. Se trata de un efecto cuántico puro. Cualquier libro de texto sobre óptica cuántica explicará este fenómeno. Así es como se ven [de Quantum Optics, por M. Scully y M. Zubairy]

Answer 2

Los osciladores clásicos pueden mostrar oscilaciones Rabi. Por ejemplo, si tomamos dos péndulos idénticos y los acoplamos (débilmente), entonces la energía se transfiere de un lado a otro . Se trata de las oscilaciones Rabi.

Si los osciladores tienen frecuencias diferentes, $f_1$ , $f_2$ y la fuerza de acoplamiento se modula a la frecuencia de diferencia $f_1 - f_2$ También se producen oscilaciones rabiosas. Si accidentalmente se modula en la frecuencia de la suma, $f_1+f_2$ Entonces ambas amplitudes se disparan exponencialmente (lo que me hace preguntarme: ¿Existe una analogía cuántica-mecánica para esta explosión?).

Estas son propiedades bien conocidas de los osciladores clásicos. Consiguen redescubierto cada algunos años . Para mí, las oscilaciones Rabi y su primo, el paso rápido adiabático, son fenómenos puramente clásicos. En la física cuántica, modelamos cada nivel de energía como un oscilador perfectamente armónico con una frecuencia dada por la energía, y una amplitud/fase dada por la amplitud cuántica de ese nivel. Por tanto, si utilizamos una fuerza de acoplamiento adecuada, los sistemas cuánticos presentarán oscilaciones de Rabi. La fuerza de acoplamiento puede realizarse, por ejemplo, mediante un campo electromagnético modulado, como la luz con la frecuencia adecuada.