Выпуски

 / 

2021

 / 

Апрель

  

Физика наших дней


В поисках утраченного времени: аттосекундная физика, петагерцовая оптоэлектроника и предельная скорость квантовой динамики

 а, б, в
а Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, Воробьевы горы, Москва, 119991, Российская Федерация
б Texas A&M University, College Station, Texas, USA
в Международный центр квантовой оптики и квантовых технологий (Российский квантовый центр), ул. Новая 100, Сколково, Московская обл., 143025, Российская Федерация

Методы современной оптической физики позволяют регистрировать быстропротекающие явления с временным разрешением на уровне нескольких десятков аттосекунд. Вопросы о физическом содержании таких измерений и их интерпретации, однако, остаются открытыми. Они являются отражением фундаментальных трудностей определения времени в квантовой механике. Поиски путей преодоления этих трудностей приводят к выяснению возможности обобщения универсальных соотношений неопределённости на сверхбыстрые процессы взаимодействия излучения с веществом. На этой основе устанавливается нижний предел времени отклика, характерного для аттосекундной электронной динамики в поле сверхкоротких лазерных импульсов, и выясняется предельное быстродействие основанных на принципах оптики сверхкоротких импульсов информационных систем будущего &mfdash; систем петагерцовой оптоэлектроники.

Текст: pdf
Войдите или зарегистрируйтесь чтобы получить доступ к полным текстам статей.
English fulltext is available at IOP
Ключевые слова: оптическая физика, сверхкороткие лазерные импульсы, квантовая механика, соотношение неопределённостей
PACS: 03.65.Ta, 42.65.Re, 78.47.J− (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2020.11.038884
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2021/4/d/
Цитата: Жёлтиков А М "В поисках утраченного времени: аттосекундная физика, петагерцовая оптоэлектроника и предельная скорость квантовой динамики" УФН 191 386–403 (2021)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 9 августа 2020, доработана: 2 ноября 2020, 22 ноября 2020

English citation: Zheltikov A M “In search of lost time: attosecond physics, petahertz optoelectronics, and quantum speed limitPhys. Usp. 64 370–385 (2021); DOI: 10.3367/UFNe.2020.11.038884

Список литературы (227) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (1) Похожие статьи (10)

  1. Corkum P B, Krausz F Nat. Phys. 3 381 (2007)
  2. Baltuška A et al Nature 421 611 (2003)
  3. Goulielmakis E et al Science 305 1267 (2004)
  4. Kienberger R et al Nature 427 817 (2004)
  5. Goulielmakis E et al Nature 466 739 (2010)
  6. Krausz F, Ivanov M Rev. Mod. Phys. 81 163 (2009)
  7. Reiter F et al Phys. Rev. Lett. 105 243902 (2010)
  8. Goulielmakis E et al Science 320 1614 (2008)
  9. Желтиков А М УФН 181 33 (2011); Zheltikov A M Phys. Usp. 54 29 (2011)
  10. Hassan M Th et al Nature 530 66 (2016)
  11. Cavalieri A L et al Nature 449 1029 (2007)
  12. Schiffrin A et al Nature 493 70 (2013)
  13. Schultze M et al Nature 493 75 (2013)
  14. Schubert O et al Nat. Photon. 8 119 (2014)
  15. Hohenleutner M et al Nature 523 572 (2015)
  16. Uiberacker M et al Nature 446 627 (2007)
  17. Pfeiffer A N et al Nat. Phys. 8 76 (2012)
  18. Ghimire S et al Nat. Phys. 7 138 (2011)
  19. Mitrofanov A V et al Phys. Rev. Lett. 106 147401 (2011)
  20. Vampa G et al Nature 522 462 (2015)
  21. Vampa G et al Phys. Rev. Lett. 115 193603 (2015)
  22. Luu T T et al Nature 521 498 (2015)
  23. Lanin A A, Stepanov E A, Fedotov A B, Zheltikov A M Optica 4 516 (2017)
  24. Langer F et al Nature 533 225 (2016)
  25. You Y S, Reis D A, Ghimire S Nat. Phys. 13 345 (2017)
  26. Rybka T et al Nat. Photon. 10 667 (2016)
  27. Higuchi T et al Nature 550 224 (2017)
  28. Langer F et al Nat. Photon. 11 227 (2017)
  29. Schultze M et al Science 346 1348 (2014)
  30. Lucchini M et al Science 353 916 (2016)
  31. Schlaepfer F et al Nat. Phys. 14 560 (2018)
  32. Vampa G et al Nat. Photon. 12 465 (2018)
  33. Sommer A et al Nature 534 86 (2016)
  34. Langer F et al Nature 557 76 (2018)
  35. Lanin A A et al Opt. Lett. 44 1888 (2019)
  36. Pupeza I et al Nature 577 52 (2020)
  37. Krausz F, Stockman M I Nat. Photon. 8 205 (2014)
  38. Garg M et al Nature 538 359 (2016)
  39. Желтиков А М Письма в ЖЭТФ 90 98 (2009); Zheltikov A M JETP Lett. 90 90 (2009)
  40. Жёлтиков А М УФН 187 1169 (2017); Zheltikov A M Phys. Usp. 60 1087 (2017)
  41. Akagi H et al Science 325 1364 (2009)
  42. Schultze M et al Science 328 1658 (2010)
  43. Mauritsson J et al Phys. Rev. Lett. 105 053001 (2010)
  44. Eckle P et al Science 322 1525 (2008)
  45. Verhoef A J et al Phys. Rev. Lett. 104 163904 (2010)
  46. Pfeiffer A N et al Nat. Phys. 8 76 (2012)
  47. Zheltikov A M et al Phys. Rev. Lett. 103 033901 (2009)
  48. Reiter F et al Phys. Rev. Lett. 105 243902 (2010)
  49. Zheltikov A M et al Phys. Rev. Lett. 105 103901 (2010)
  50. MacColl L A Phys. Rev. 40 621 (1932)
  51. Hauge E H, Støvneng J A Rev. Mod. Phys. 61 917 (1989)
  52. Landauer R, Martin Th Rev. Mod. Phys. 66 217 (1994)
  53. Landsman A S, Keller U Phys. Rep. 547 1 (2015)
  54. Sokolovski D, Connor J N L Phys. Rev. A 42 6512 (1990)
  55. Sokolovski D, Connor J N L Phys. Rev. A 44 1500 (1991)
  56. Sokolovski D, Connor J N L Phys. Rev. A 47 4677 (1993)
  57. Sokolovski D Phys. Rev. Lett. 25 4946 (1997)
  58. Sokolovski D Phys. Rev. A 59 1003 (1999)
  59. de Carvalho C A A, Nussenzveig H M Phys. Rep. 364 83 (2002)
  60. Sokolovski D, Akhmatskaya E Commun. Phys. 1 47 (2018)
  61. Landau L, Teller E Phys. Z. Sowjetunion 10 34 (1936); Ландау Л Д, Теллер Э ВЛандау Л Д Избранные труды Т. 1 (М.: Наука, 1969) с. 181, Статья 21
  62. Никитин Е Е, Питаевский Л П УФН 163 (9) 101 (1993); Nikitin E E, Pitaevskii L P Phys. Usp. 36 851 (1993)
  63. Попов В С УФН 174 921 (2004); Popov V S Phys. Usp. 47 855 (2004)
  64. Fulling S A Phys. Rev. D 7 2850 (1973)
  65. Unruh W G Phys. Rev. D 14 870 (1976)
  66. Hawking S W Nature 248 30 (1974)
  67. Hartle J B, Hawking S W Phys. Rev. D 13 2188 (1976)
  68. Busch P Found. Phys. 20 1 (1990)
  69. Muga J G, Mayato R S, Egusquiza Í L (Eds) Time in Quantum Mechanics (Lecture Notes in Physics) Vol. 734 (Heidelberg: Springer, 2008)
  70. Bohr N Phil. Mag. 6 26 1 (1913)
  71. Bohr N Phil. Mag. 6 26 476 (1913)
  72. Bohr N Phil. Mag. 6 26 857 (1913)
  73. Beller M Quantum Dialogue: the Making of a Revolution (Chicago, IL: Univ. of Chicago Press, 1999)
  74. Heisenberg W Z. Phys. 43 172 (1927)
  75. Bohr N Nature 121 580 (1928)
  76. Pauli W Handbuch der Physik Vol. 24 (Eds H Geiger, K Scheel) (Berlin: Springer, 1933) p. 83
  77. Wigner E P Rev. Mod. Phys. 29 255 (1957)
  78. Galapon E A, Caballar R F, Bahague R T (Jr.) Phys. Rev. Lett. 93 180406 (2004)
  79. Peres A Am. J. Phys. 48 552 (1980)
  80. Eisenbud L "The formal properties of nuclear collisions" Ph.D. Dissertation (Princeton, NJ: Princeton Univ., 1948)
  81. Bohm D Quantum Theory (New York: Prentice-Hall, 1951)
  82. Wigner E P Phys. Rev. 98 145 (1955)
  83. Smith F T Phys. Rev. 118 349 (1960)
  84. Serebryannikov E E, Zheltikov A M Optica 3 1201 (2016)
  85. Corkum P B Phys. Rev. Lett. 71 1994 (1993); Коркум П Вестн. РАН 86 1073 (2016); Corkum P Herald Russ. Akad. Sci. 86 426 (2016)
  86. Lewenstein M et al Phys. Rev. A 49 2117 (1994)
  87. Serebryannikov E E, Zheltikov A M Phys. Rev. Lett. 116 123901 (2016)
  88. Мандельштам Л И, Тамм И Е Изв. АН СССР. Сер. физ. 9 122 (1945); Mandelstam L, Tamm I J. Phys. USSR 9 249 (1945)
  89. Bohr N "Discussion with Einstein on epistemological problems in atomic physics" Albert Einstein: Philosopher-Scientist (Ed. P A Schilpp) (Evanston, IL: Library of Living Philosophers, 1949) p. 201
  90. Холево А С Вероятностные и статистические аспекты квантовой теории (М.: Наука, 1980); Пер. на англ. яз., Holevo A S Probabilistic and Statistical Aspects of Quantum Theory (Amsterdam: North-Holland, 1982)
  91. Hilgevoord J Am. J. Phys. 66 396 (1998)
  92. Anandan J, Aharonov Y Phys. Rev. Lett. 65 1697 (1990)
  93. Deffner S, Lutz E J. Phys. A 46 335302 (2013)
  94. Braunstein S L, Caves C M Phys. Rev. Lett. 72 3439 (1994)
  95. Caves C M, Drummond P D Rev. Mod. Phys. 66 481 (1994)
  96. Lloyd S Nature 406 1047 (2000)
  97. Giovannetti V, Lloyd S, Maccone L Nat. Photon. 5 222 (2011)
  98. Taddei M M et al Phys. Rev. Lett. 110 050402 (2013)
  99. del Campo A et al Phys. Rev. Lett. 110 050403 (2013)
  100. Lewis-Swan R J et al Nat. Rev. Phys. 1 627 (2019)
  101. Deffner S Phys. Rev. Res. 2 013161 (2020)
  102. Caneva T et al Phys. Rev. Lett. 103 240501 (2009)
  103. Okuyama M, Ohzeki M J. Phys. A 51 318001 (2018)
  104. Magnus W Commun. Pure Appl. Math. 7 649 (1954)
  105. Zheltikov A M Phys. Rev. A 94 043412 (2016)
  106. Zheltikov A M J. Phys. B 50 092001 (2017)
  107. Zheltikov A J. Opt. Soc. Am. B 168 (2019)
  108. Pfeifer P Phys. Rev. Lett. 70 3365 (1993)
  109. Zheltikov A M Opt. Lett. 46 989 (2021)
  110. Pfeifer P, Fröhlich J Rev. Mod. Phys. 67 759 (1995)
  111. Келдыш Л В ЖЭТФ 47 1945 (1964); Keldysh L V Sov. Phys. JETP 20 1307 (1965)
  112. Orlando G et al J. Phys. B 47 204002 (2014)
  113. Orlando G et al Phys. Rev. A 89 014102 (2014)
  114. Yudin G L, Ivanov M Yu Phys. Rev. A 64 013409 (2001)
  115. Serebryannikov E E, Zheltikov A M Phys. Rev. Lett. 113 043901 (2014)
  116. Serebryannikov E E et al Phys. Rev. A 80 053809 (2009)
  117. Fuji T, Suzuki T, Serebryannikov E E, Zheltikov A Phys. Rev. A 80 063822 (2009)
  118. Goulielmakis E et al Opt. Lett. 33 1407 (2008)
  119. Serebryannikov E E, Goulielmakis E, Zheltikov A M New J. Phys. 10 093001 (2008)
  120. Делоне Н Б УФН 115 361 (1975); Delone N B Sov. Phys. Usp. 18 169 (1975)
  121. Делоне Н Б УФН 148 551 (1986)
  122. Переломов А М, Попов В С, Терентьев М В ЖЭТФ 50 1393 (1966); Perelomov A M, Popov V S, Terent'ev M V Sov. Phys. JETP 23 924 (1966); Карнаков Б М, Мур В Д, Попруженко С В, Попов В С УФН 185 3 (2015); Karnakov B M, Mur V D, Popruzhenko S V, Popov V S Phys. Usp. 58 3 (2015)
  123. Желтиков А М, Коротеев Н И УФН 169 385 (1999); Zheltikov A M, Koroteev N I Phys. Usp. 42 321 (1999)
  124. Желтиков А М УФН 176 623 (2006); Zheltikov A M Phys. Usp. 49 605 (2006)
  125. Serebryannikov E E, Zheltikov A M Phys. Rev. A 76 013820 (2007)
  126. Fedotov A B, Serebryannikov E E, Zheltikov A M Phys. Rev. A 76 053811 (2007)
  127. Voronin A A, Zheltikov A M Phys. Rev. A 94 023824 (2016)
  128. Voronin A A, Zheltikov A M Sci. Rep. 10 12253 (2020)
  129. Savvin A D et al Opt. Commun. 284 1652 (2011)
  130. Zhokhov P A, Zheltikov A M Sci. Rep. 8 1824 (2018)
  131. Воронин А А, Желтиков А М УФН 186 957 (2016); VoronA A, Zheltikov A M Phys. Usp. 59 869 (2016)
  132. Zhokhov P A, Zheltikov A M Phys. Rev. A 96 033415 (2017)
  133. Zhokhov P, Zheltikov A M Phys. Rev. Lett. 113 133903 (2014)
  134. Келдыш Л В УФН 187 1280 (2017); Keldysh L V Phys. Usp. 60 1187 (2017); Келдыш Л В Вестн. РАН 86 1059 (2016); Keldysh L V Herald Russ. Acad. Sci. 86 413 (2016)
  135. Voronin A A, Zheltikov A M Sci. Rep. 7 36263 (2017)
  136. Wootters W K Phys. Rev. D 23 357 (1981)
  137. Edgeworth F Y J. R. Stat. Soc. 71 381 (1908)
  138. Fisher R A Proc. R. Soc. Edinburgh 42 321 (1922)
  139. Fisher R A Proc. Camb. Philos. Soc. 22 700 (1925)
  140. Fisher R A Statistical Methods for Research Workers (Edinburgh: Oliver and Boyd, 1925)
  141. Stigler S M The History of Statistics: the Measurements of Uncertainty before 1900 (Cambridge, MA: Belknap Press of Harvard Univ. Press, 1986)
  142. Schervish M J Theory of Statistics (New York: Springer-Verlag, 1995)
  143. Chentsov N N Math. Operationsforsch. Stat. 9 267 (1978)
  144. Friedlander F G, Joshi M Introduction to the Theory of Distributions 2nd ed. (Cambridge, UK: Cambridge Univ. Press, 1998)
  145. Uhlmann A Phys. Lett. A 161 329 (1992)
  146. Margolus N, Levitin L B Physica D 120 188 (1998)
  147. Levitin L B, Toffoli T Phys. Rev. Lett. 103 160502 (2009)
  148. Jones P J, Kok P Phys. Rev. A 82 022107 (2010)
  149. Boixo S et al Phys. Rev. Lett. 98 090401 (2007)
  150. Escher B M et al Phys. Rev. Lett. 109 190404 (2012)
  151. Escher B M, de Matos Filho R L, Davidovich L Nat. Phys. 7 406 (2011)
  152. Shanahan B et al Phys. Rev. Lett. 120 070401 (2018)
  153. Okuyama M, Ohzeki M Phys. Rev. Lett. 120 070402 (2018)
  154. Eve M Proc. R. Soc. Lond. A 347 405 (1976)
  155. Stoler D J. Opt. Soc. Am. 71 334 (1981)
  156. Marcuse D Light Transmission Optics (Amsterdam: Van Nostrand Reinhold, 1972)
  157. Snyder A W, Love J D Optical Waveguide Theory (London: Chapman and Hall, 1983)
  158. Желтиков А М УФН 174 1301 (2004); Zheltikov A M Phys. Usp. 47 1205 (2004)
  159. Zheltikov A M Phys. Rev. A 88 063847 (2013)
  160. Zheltikov A Opt. Express 28 12302 (2020)
  161. Koopman B O Proc. Natl. Acad. Sci. USA 17 315 (1931)
  162. Schulman L S Techniques and Applications of Path Integration (New York: Wiley, 1981)
  163. Cohen L Time-Frequency Analysis (Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1995)
  164. Walmsley I A, Dorrer C Adv. Opt. Photon. 1 308 (2009)
  165. Voronin A A, Lanin A A, Fedotov A A, Zheltikov A M Opt. Lett. 43 1327 (2018)
  166. Zheltikov A M Phys. Scr. 90 128003 (2015)
  167. Crooks G E Phys. Rev. Lett. 99 100602 (2007)
  168. Gilmore R Phys. Rev. A 31 3237 (1985)
  169. Ruppeiner G Phys. Rev. A 20 1608 (1979)
  170. Weinhold F J. Chem. Phys. 63 2479 (1975)
  171. Schlögl F Z. Phys. B 59 449 (1985)
  172. Jarzynski C Annu. Rev. Condens. Matter Phys. 2 329 (2011)
  173. Seifert U Annu. Rev. Condens. Matter Phys. 10 171 (2019)
  174. Horowitz J M, Gingrich T R Nat. Phys. 16 15 (2020)
  175. Hasegawa Y, Van Vu T Phys. Rev. Lett. 123 110602 (2019)
  176. Timpanaro A M et al Phys. Rev. Lett. 123 090604 (2019)
  177. Gingrich T R et al Phys. Rev. Lett. 116 120601 (2016)
  178. Li J et al Nat. Commun. 10 1666 (2019)
  179. Seifert U Rep. Prog. Phys. 75 126001 (2012)
  180. Barato A C, Seifert U Phys. Rev. Lett. 114 158101 (2015)
  181. Barato A C, Seifert U Phys. Rev. X 6 041053 (2016)
  182. Cao Y et al Nat. Phys. 11 772 (2015)
  183. Mehta P, Schwab D J Proc. Natl. Acad. Sci. USA 109 17978 (2012)
  184. Voets T et al Nature 430 748 (2004)
  185. Patapoutian A et al Nat. Rev. Neurosci. 4 529 (2003)
  186. Brauchi S, Orio P, Latorre R Proc. Natl. Acad. Sci. USA 101 15494 (2004)
  187. Clapham D E, Miller C Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108 19492 (2011)
  188. Zheltikov A M J. Appl. Phys. 123 224701 (2018)
  189. Zheltikov A M J. Appl. Phys. 123 224701 (2018)
  190. Young N P, Deisseroth K Nature 542 173 (2017)
  191. Lee J H et al Nature 465 788 (2010)
  192. Shneider M N, Voronin A A, Zheltikov A M J. Appl. Phys. 110 094702 (2011)
  193. Zheltikov A M, Anokhin K Phys. Rev. E 84 061902 (2011)
  194. Жёлтиков А М УФН 188 1119 (2018); Zheltikov A M Phys. Usp. 61 1016 (2018); Zheltikov A M Spectrochim. Acta A 251 119351 (2021)
  195. Walls A C et al Cell 181 281 (2020)
  196. Lan J et al Nature 581 215 (2020)
  197. Shang J et al Nature 581 221 (2020)
  198. Yuan M et al Science 368 630 (2020)
  199. Wrapp D et al Science 367 1260 (2020)
  200. Vincent C et al Laser Phys. Lett. 17 076202 (2020)
  201. Peng T et al, submitted
  202. Rao C R Bull. Calcutta Math. Soc. 37 81 (1945)
  203. Cramér H Mathematical Methods of Statistics (Princeton, NJ: Princeton Univ. Press, 1946)
  204. Ermakova Yu G et al Nat. Commun. 8 15362 (2017)
  205. Clapham D E Nature 426 517 (2003)
  206. McKemy D D, Neuhausser W M, Julius D Nature 416 52 (2002)
  207. Xu H et al Nature 418 181 (2002)
  208. Ramsey I S, Delling M, Clapham D E Annu. Rev. Physiol. 68 619 (2006)
  209. Gracheva E O et al Nature 464 1006 (2010)
  210. Fedotov I V et al Sci. Rep. 5 15737 (2015)
  211. Safronov N A et al Appl. Phys. Lett. 106 163702 (2015)
  212. Lanin A A et al Opt. Lett. 41 5563 (2016)
  213. Hille B Ion Channels of Excitable Membranes (Sunderland, MA: Sinauer, 2001)
  214. Roshchin M et al Neurosci. Lett. 687 153 (2018)
  215. Boyden E S et al Nat. Neurosci. 8 1263 (2005)
  216. Deisseroth K Nat. Meth. 8 26 (2011)
  217. Deisseroth K Nat. Neurosci. 18 1213 (2015)
  218. Boyden E S Nat. Neurosci. 18 1200 (2015)
  219. Chung K et al Nature 497 332 (2013)
  220. Kim C, Adhikari A, Deisseroth K Nat. Rev. Neurosci. 18 222 (2017)
  221. Lentz T B, Gray S J, Samulski R J Neurobiol. Dis. 48 179 (2012)
  222. Lanin A A et al J. Biophoton. 13 e201900243 (2020)
  223. Lanin A A et al J. Biophoton. 12 e201800432 (2019)
  224. Pochechuev M S et al J. Biophoton. 11 e201600203 (2018)
  225. Pochechuev M S et al J. Biophoton. 11 e201700106 (2018)
  226. Fedotov I V et al J. Biophoton. 10 775 (2017)
  227. Доронина-Амитонова Л В и др УФН 185 371 (2015); Doronina-Amitonova L V et al Phys. Usp. 58 345 (2015)

© Успехи физических наук, 1918–2021
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение