Exploring the Quantum

Gregor Wentzel ist bekannt durch seine approximative Lösung der zeitunabhängigen Schrödinger-Gleichung. Weniger bekannt ist, dass er schon 1924, d. h. vor Entdeckung von Matrix- und Wellen-Mechanik, die Feynmansche Pfadinte-gral-Formulierung der Quantenmechnik vorweggenommen hat. Diese in der Zeitschrift für Physik publizierte Arbeit trug den bemerkenswerten Titel „Zur Quantenoptik“.
Tatsächlich begann das Gebiet der Quantenoptik jedoch mit der Entdeckung des Lasers. Neue Lichtquellen wie Resonanzfluoreszenz und besonders der Mikromaser haben schließlich Mitte der 1980er-Jahre die zweite Ära der Quantenoptik eingeläutet. Die Betonung liegt auf Phänomenen mit wenigen Quanten, wobei sowohl die Materie als auch das Licht quantenmechanisch beschrieben werden muss. Die heutige Quantenoptik untersucht Vielteilchensy-steme und die dabei auftretenden quantenmechanischen Korrelationen. Hierzu gehören Bose-Einstein-Kondensation, Quanteninformationsverarbeitung sowie die Resonator-Quantenelektrodynamik (QED).
„Exploring the Quantum“ von Serge Haroche und Jean-Michel Raimond liefert einen umfassenden Überblick über dieses hoch aktive Gebiet. Während andere Bücher zu diesem Thema stark den Formalismus betonen, besticht die-ses Buch durch eine exzellente Mischung von Theorie und Experiment. Dies liegt daran, dass es von zwei Pionieren der experimentellen Quantenoptik verfasst wurde. Neben dem kürzlich verstorbenen Herbert Walther (Garching) sind Haroche und Raimond Wegbereiter der experimentellen Resonator-QED und haben an der École Normale Supérieure in Paris bahnbrechende Experimente durchgeführt. Erwähnt seien hier nur die zerstörungsfreie Messung der Photo-nenzahl, die Rekonstruktion der Wigner-Funktion, die Erzeugung von „Schrödinger-Katzen“ sowie der periodische Austausch von Anregungen zwischen Atom- und Resonatorfeld.
Das vorliegende Buch beschreibt die Quantenoptik aus dem Blickwinkel von Experimentalphysikern. Dabei be-schränken sich die Autoren nicht auf eine Zusammenfassung der eigenen Arbeiten, sondern diskutieren auch andere aktuelle Quantensysteme wie Ionenfallen und kalte Atome in optischen Gittern.
Der inhaltliche Aufbau wurzelt in einer modernen Sichtweise der Quantenmechanik. Deren Besonderheiten gegen-über der klassischen Mechanik, wie z. B. Nichtlokalität, Komplementaritätsprinzip und verschränkte Zustände, betonen die Autoren in den ersten beiden Kapiteln. Die Wechselwirkung von Atomen mit einzelnen Lichtfeldern unter Einfluss eines Reservoirs ist zentral für die Experimente in der Resonator-QED. Dies führt in einer natürlichen Weise zu einer Beschreibung der Pariser Experimente. Die Physik von gespeicherten und verschränkten Ionen, d. h. der Weg zum Quantencomputer, und die Erzeugung von verschränkten Materiewellen beschließen eine einzigartige Reise durch das aufregende Land der Quantenoptik. Der neue Reiseführer von Haroche und Raimond ist daher ein Muss für jeden Physiker.
Prof. Dr. Wolfgang P. Schleich, Institut für Quantenphysik, Universität Ulm

S. Haroche und J.-M. Raimond: Exploring the Quantum: Atoms, Cavities, and Photons
Oxford University Press, Oxford 2006, 616 S., geb.
ISBN 9780198509141