Кіріспе
Кванттық гармоникалық тербелістің нақты кванттық күйі Физикада, әсіресе кванттық механикада, когерентті күй – кванттық гармоникалық тербелістің нақты кванттық күйі болып табылады, бұл күй классикалық гармоникалық тербелістің тербелістік мінез-құлқына ең жақын динамикаға ие деп сипатталады. Бұл кванттық динамиканың алғашқы мысалы, ол 1926 жылы Эрвин Шредингердің Шредингер теңдеуінің сәйкестік принципін қанағаттандыратын шешімдерін іздеу кезінде туындады. Кванттық гармоникалық тербелісші (сонымен қатар когерентті күйлер) физикалық жүйелердің кең ауқымының кванттық теориясында кездеседі. Мысалы, когерентті күй квадраттық потенциалдық құдыққа шектелген бөлшектің тербелісті қозғалысын сипаттайды (алғашқы сілтеме үшін, мысалы, Шифтің оқулығын қараңыз). Когерентті күй – жүйедегі негізгі күй толқындық пакеті жүйенің бастапқы нүктесінен ығысқан күйді сипаттайды. Бұл күйді классикалық шешімдермен, ығысқа тең амплитудамен тербелетін бөлшектермен байланыстыруға болады. Бұл күйлер, төмендету операторының өзіндік векторлары ретінде және толық емес отбасы құрайтын күйлер, Джон Р. Клаудердің алғашқы еңбектерінде ұсынылған. Жарықтың кванттық теориясында (кванттық электродинамика) және басқа бозондық кванттық өріс теорияларында 1963 жылы Рой Дж. Глаубердің жұмысымен когерентті күйлер енгізілді және олар Глаубер күйлері деп те аталады. Когерентті күйлердің түсінігі айтарлықтай абстракцияланды; ол математикалық физика мен қолданбалы математиканың маңызды тақырыбына айналды, кванттаудан бастап сигналдарды және кескіндерді өңдеуге дейінгі қолданыстарды қамтиды (математикалық физикадағы когерентті күйлерді қараңыз). Осы себепті кванттық гармоникалық тербеліске байланысты когерентті күйлер кейде каноникалық когерентті күйлер (ККК), стандартты когерентті күйлер, Гаусс күйлері немесе тербеліс күйлері деп аталады.
In physics, specifically in quantum mechanics, a coherent state is the specific quantum state of the quantum harmonic oscillator, often described as a state that has dynamics most closely resembling the oscillatory behavior of a classical harmonic oscillator. It was the first example of quantum dynamics when Erwin Schrödinger derived it in 1926, while searching for solutions of the Schrödinger equation that satisfy the correspondence principle. The quantum harmonic oscillator (and hence the coherent states) arise in the quantum theory of a wide range of physical systems. For instance, a coherent state describes the oscillating motion of a particle confined in a quadratic potential well (for an early reference, see e. g. Schiff's textbook). The coherent state describes a state in a system for which the ground state wavepacket is displaced from the origin of the system. This state can be related to classical solutions by a particle oscillating with an amplitude equivalent to the displacement. These states, expressed as eigenvectors of the lowering operator and forming an overcomplete family, were introduced in the early papers of John R. Klauder, e. g.
In the quantum theory of light (quantum electrodynamics) and other bosonic quantum field theories, coherent states were introduced by the work of Roy J. Glauber in 1963 and are also known as Glauber states. The concept of coherent states has been considerably abstracted; it has become a major topic in mathematical physics and in applied mathematics, with applications ranging from quantization to signal processing and image processing (see Coherent states in mathematical physics). For this reason, the coherent states associated to the quantum harmonic oscillator are sometimes referred to as canonical coherent states (CCS), standard coherent states, Gaussian states, or oscillator states.
Бозе-Эйнштейн конденсаттарының когерентті күйлері
Бозе–Эйнштейн конденсаты (BEC) – бірдей кванттық күйде болатын бозон атомдарының жиынтығы. Термодинамикалық жүйеде негізгі күй, критиктік температурадан төмен макроскопиялық түрде толтырылады, шамамен термиялық де Броли толқын ұзындығы атомдар аралық қашықтықтан ұзын болғанда. Сұйық гелий-4-тегі суперсұйықтық, идеалды газдың Бозе–Эйнштейн конденсациясымен байланысты деп саналады. Бірақ 4He-де күшті өзара әрекеттесулер бар, ал сұйық құрылым факторы (екінші реттік статистика) маңызды рөл атқарады. 4He-нің суперсұйық компонентін бейнелеу үшін когерентті күйді қолдану, суперсұйықтықтағы конденсат/конденсат емес фракцияларының жақсы бағасын берді, бұл баяу нейтронды шашырату нәтижелерімен сәйкес келеді. Суперсұйық қасиеттерінің көпшілігі, бүкіл көлемде жақсы анықталған амплитудасы мен фазасы бар макроскопиялық түрде толтырылған бір дене күйі ретінде әрекет ететін суперсұйық компонентті бейнелеу үшін когерентті күйді пайдаланудан тікелей туындайды. (He4 суперсұйық компоненті, өтпелі температурада нөлден абсолюттік нөл температурасында 100%-ға дейін өседі. Бірақ конденсат фракциясы абсолюттік нөл температурасында шамамен 6% құрайды, T=0K.) Суперсұйықтықты зерттеудің басында Пенроуз және Онсагер суперсұйықтық үшін метриканы ("реттік параметр") ұсынды. Ол, бірінші реттік азайтылған тығыздық матрицасындағы макроскопиялық факторланған компонентпен (макроскопиялық өзіндік мән) бейнеленді. Кейіннен К.Н. Янг, фермиондарды да, бозондарды да қамтыды. ODLRO, кез келген реттік азайтылған тығыздық матрицасында макроскопиялық үлкен факторланған компонент (өзіндік мән) болғанда пайда болады. Суперсұйықтық, бірінші реттік азайтылған тығыздық матрицасындағы үлкен факторланған компонентке сәйкес келеді. (Және барлық жоғары реттік азайтылған тығыздық матрицалары ұқсас түрде әрекет етеді.) Суперөткізгіштік, екінші реттік ("Купер электрон жұбы") азайтылған тығыздық матрицасындағы үлкен факторланған компонентті қамтиды. Суперсұйықтықтағы макроскопиялық кванттық когеренттілікті сипаттау үшін қолданылатын азайтылған тығыздық матрицалары, формальды түрде сәулеленудегі когеренттілік реттерін сипаттау үшін қолданылатын корреляциялық функциялармен бірдей. Екеуі де макроскопиялық кванттық когеренттіліктің мысалдары. Макроскопиялық ірі когерентті компонент, плюс шу, электромагниттік өрісте, Глаубердің сигнал плюс шу сипаттамасымен берілген, формальды түрде екі сұйықтық суперсұйықтық моделіндегі макроскопиялық ірі суперсұйық компонент пен қалыпты сұйық компонентімен бірдей. Күнделікті электромагниттік сәулелену, мысалы, радио және теледидар толқындары, сонымен қатар когерентті күйге жақын (макроскопиялық кванттық когеренттілік) мысалы болып табылады. Бұл кванттық пен классикалық арасындағы дәстүрлі шекараны "ойға салуы" керек. Суперсұйықтықтағы когеренттілік, гелий атомдарының кез келген кіші жиынтығына жатқызылуы тиіс емес; ол барлық атомдар қатысатын ұжымдық құбылыстың бір түрі (келесі бөлімде көрсетілгендей, суперөткізгіштіктегі Купер жұптасуына ұқсас).
Үдемелі өткізгіштегі электрондық когерентті күйлер
Электрондар фермиондар болып табылады, бірақ олар Купер жұптарына біріккенде бозон ретінде әрекет етеді, сондықтан төмен температурада ұжымдық түрде когерентті күйді қалыптастыра алады. Бұл жұптасу электрондардың өзара әрекеттесуінен емес, электрондардың қозғалысы кезінде пайда болатын және сол күйлерге кіріп-шығу мүмкіндігінен туындайды. Купер жұптасуы – бұл суперөткізгіштіктің алғашқы моделі. Осы когерентті күйлер төмен температурадағы суперөткізгіш жартылай өткізгіштердегі Кванттық Холл эффектісі сияқты құбылыстарды түсіндірудің бір бөлігі болып табылады.
Жалпылау
Гилмор мен Переломовтың тәуелсіз түрде көрсеткеніндей, когерентті күйлердің құрылысын топтық теориядағы проблема ретінде қарастыруға болады, сондықтан когерентті күйлер Гейзенберг тобынан өзге топтармен де байланысты болуы мүмкін, бұл жоғарыда талқыланған каноникалық когерентті күйлерге алып келеді. Бұдан әрі, осы когерентті күйлер кванттық топтарға да жалпыланады. Бұл тақырыптар, бастапқы еңбектерге сілтемелермен, «Математикалық физикадағы когерентті күйлер» еңбегінде егжей-тегжейлі қарастырылады. Кванттық өрістер теориясы мен ісбаспа теориясында когерентті күйлердің жалпыламасы, шексіз көп еркіндік дәрежесін қолдана отырып, бастапқы вакуумнан өзгеше вакуумдық күтілім мәніне ие вакуумдық күйді анықтау үшін пайдаланылады. Фермиондық еркіндік дәрежелері бар бір өлшемді көп денелік кванттық жүйелерде, төмен энергиялы қозу күйлерін бөлшек-саңылау қозуларын тудыратын бозондық өріс операторының когерентті күйлері ретінде жуықтауға болады. Бұл тәсіл бозондау деп аталады. Релятивистік емес кванттық механиканың Гаусс когерентті күйлерін Клейн-Гордон және Дирак бөлшектерінің релятивистік когерентті күйлеріне жалпылауға болады. Когерентті күйлер сондай-ақ циклдық кванттық гравитация жұмыстарында немесе (жартылай) классикалық каноникалық кванттық жалпы салыстырмалылық теориясын құруда қолданылған.