اپتیک کوانتومی

اپتیک کوانتومی

نور از ذراتی به نام فوتون تشکیل شده است و از این رو ذاتاً کوانتیزه می شود. اپتیک کوانتوم مطالعه ماهیت و اثرات نور به عنوان فوتون های کوانتیزه است. اولین نشانه ای که ممکن است نور کوانتی شود از ماکس پلانک در سال 1899 ناشی شد که وی با فرض اینکه تبادل انرژی بین نور و ماده فقط در مقادیر گسسته ای که کوانتا نامید ، تابش جسم سیاه را به درستی مدلسازی کرد. معلوم نبود منبع این گسستگی ماده باشد یا نور. [60]: 231–236 در سال 1905 ، آلبرت انیشتین نظریه اثر فوتوالکتریک را منتشر کرد.   به نظر می رسید که تنها توضیح ممکن برای اثر ، کمی سازی نور است. بعداً ، نیلز بور نشان داد که اتمها فقط می توانند مقادیر گسسته انرژی از خود ساطع کنند. درک متقابل نور و ماده به دنبال این تحولات نه تنها اساس اپتیک کوانتوم را تشکیل داد بلکه برای توسعه مکانیک کوانتوم به عنوان یک کل نیز بسیار مهم بود. با این حال ، زیرشاخه های مکانیک کوانتوم که با فعل و انفعال ماده-نور سروکار دارند ، اساساً به عنوان تحقیق در مورد ماده در نظر گرفته می شدند تا در مورد نور و از این رو ، یکی بیشتر از فیزیک اتم و الکترونیک کوانتوم صحبت می کرد.

این امر با اختراع میزر در 1953 و لیزر در 1960 تغییر یافت. علم لیزر - تحقیق در مورد اصول ، طراحی و کاربرد این دستگاه ها - به یک زمینه مهم تبدیل شد و مکانیک کوانتوم زیربنای اصول لیزر اکنون با تأکید بیشتر بر روی خصوصیات نور ، و نام اپتیک کوانتوم مرسوم شد.

از آنجا که علوم لیزر به مبانی نظری خوبی احتیاج داشت و همچنین به دلیل اینکه تحقیقات در مورد این موارد خیلی مثمر ثمر بود ، علاقه به اپتیک کوانتوم افزایش یافت. به دنبال کار دیراک در تئوری میدان کوانتوم ، جورج سودارشان ، روی جی گلاوبر و لئونارد ماندل از تئوری کوانتوم در میدان الکترومغناطیسی در دهه 1950 و 1960 استفاده کردند تا درک دقیق تری از کشف نوری و آمار نور بدست آورند (به درجه نور مراجعه کنید) انسجام) این امر منجر به معرفی حالت منسجم به عنوان توصیف کوانتومی نور لیزر و دریافت این شد که برخی از حالتهای نور را نمی توان با امواج کلاسیک توصیف کرد. در سال 1977 ، کیمبل و همکاران اولین منبع نوری را که به توصیف کوانتومی نیاز داشت ، نشان داد: یک اتم منفرد که هر بار یک فوتون ساطع می کند. به زودی حالت کوانتومی دیگری از نور با مزایای خاصی نسبت به هر حالت کلاسیک ، نور فشرده پیشنهاد شد. در همان زمان ، توسعه پالس های کوتاه و فوق کوتاه لیزر - ایجاد شده توسط سوئیچینگ Q و تکنیک های قفل حالت - راه را برای مطالعه فرآیندهای غیر قابل تصور سریع ("فوق سریع") باز کرد. برنامه های کاربردی برای تحقیقات حالت جامد (به عنوان مثال طیف سنجی رامان) پیدا شد و نیروهای مکانیکی نور روی ماده مورد مطالعه قرار گرفتند. مورد اخیر منجر به ابرهای اتمی یا موقعیتی از اتم ها یا حتی نمونه های بیولوژیکی کوچک در دام نوری یا موچین نوری توسط پرتوی لیزر شد. این ، همراه با خنک کننده داپلر ، فناوری مهمی بود که برای دستیابی به تراکم مشهور بوز- اینشتین لازم بود.

نتایج قابل توجه دیگر نشان دادن درهم تنیدگی کوانتومی ، انتقال از راه دور کوانتومی و (اخیراً در سال 1995) دروازه های منطق کوانتومی است. مورد اخیر بسیار مورد توجه تئوری اطلاعات کوانتومی است ، موضوعی که بخشی از اپتیک کوانتوم ، بخشی از علوم نظری کامپیوتر ظاهر شد.

زمینه های مورد علاقه امروز بین محققان اپتیک کوانتوم شامل تبدیل پایین پارامتری ، نوسان پارامتریک ، حتی پالس های نوری کوتاه تر (اتوسثانیه) ، استفاده از اپتیک کوانتوم برای اطلاعات کوانتومی ، دستکاری اتمهای منفرد و میعانات بوز- اینشتین ، کاربرد آنها و نحوه دستکاری است. آنها (یک زیرمجموعه که اغلب اپتیک اتم نامیده می شود)