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第1讲:庆祝国际光年:激光在过去五十年是如何彻底改变物理学的

2015年9月8日(星期二)下午5点

文摘:2015年被宣布为国际光年，以庆祝200年、150年、100年和50年前关于电磁辐射的几项重要发现。这次庆祝活动提供了一个机会，让我们反思过去半个世纪以来激光的发展在物理学的各个领域所带来的非凡革命。激光被用来将原子冷却到有史以来的最低温度，从而发现了具有显著量子特性的物质新相。它们使物理学家能够以极高的精度控制和操纵孤立的量子粒子，有望应用于量子信息处理。激光还导致了原子钟的发明，测量时间的不确定性仅为宇宙年龄的一秒，这一非凡的精度为物理学基本定律的超精确测试开辟了道路。激光还被转化为具有极端特性的光源，将巨大的功率通量与超短脉冲持续时间相结合，这为原子、分子和固体物理中各种极快现象的实验研究开辟了道路。当第一批激光在20世纪60年代出现时，这些发展都没有被预见到，那时我开始了我的物理学家职业生涯。在这次演讲中，我将试图表达我们这一代科学家的兴奋和惊叹，他们见证了激光“神奇的光”在物理学上所带来的非凡成就。

第2讲:控制盒子里的光子和饲养Schrödinger光猫:当思想实验成为现实

2015年9月9日星期三下午4:30

文摘:在量子物理学的早期，理论之父们常常想象“思想实验”，在实验中，他们假设自己正在操纵量子系统，这些系统是根据他们刚刚发现的奇怪而违反直觉的规律进化的。当时，他们认为这些实验将永远是虚拟的。技术进步已经改变了这种状况，并使实际控制和操纵孤立的量子粒子成为可能。世界各地的许多实验室正在实现这样的实验，这构成了物理学和信息科学之间前沿的一个新的研究领域。从根本上说，这些研究的目标是探索量子定律占主导地位的微观世界与我们看起来经典的宏观环境之间的过渡。更实际的是，物理学家们希望这些实验将为新技术开辟道路，利用量子世界的奇怪逻辑来计算、通信或测量物理量，比以前想象的更好。在巴黎，我们通过摆弄原子与被困在高反射超导镜之间的微波光子相互作用来进行这样的实验。我们已经准备了辐射的叠加态，类似于著名的“Schrödinger猫”，即奥地利物理学家想象的悬浮在生与死之间，我们已经研究了这些态的退相干性，即它们在短时间内失去其奇怪的“量子性”的过程。我将对这些实验进行简单的描述，并将它们与在其他系统上进行的类似研究进行比较。最后，我将尝试对这些研究的可能应用进行一些猜测。

第三讲:非破坏性地计数和控制光子

2015年9月10日(星期四)下午4:30

摘要:通常光子在被探测到时会被破坏。然而，光子分解并不是量子原理所要求的命运。在我们的巴黎腔量子电动力学实验中，这是一个著名的爱因斯坦-玻尔光子盒的现代版本，一个用里德堡原子运行的原子钟对存储在高Q腔中的光子进行无损计数。这个实验直接揭示了电磁场的量子跃迁现象。通过实现量子反馈方法，制备了具有明确光子数的辐射状态，并在腔中维持任意时间。这些原子物理实验现在扩展到凝聚态物理的一个不断扩大的领域，称为“电路QED”，其中里德伯格原子被约瑟夫森结电路组成的人造原子所取代。讨论了这些研究成果在量子信息科学中的应用。