(Distribuția spațială în fază XY Husimi a unei stări comprimate coerente a luminii. Cea de-a treia dimensiune codată în culoare reprezintă densitatea de probabilitate.)
Propagarea luminii în vid are cuantificate energia și impulsul său, conform unui număr întreg de particule cunoscute sub numele de fotoni. Optica cuantică studiază natura și efectele luminii ca fotoni cuantificați. Prima evoluție majoră care a condus la această înțelegere a fost modelarea corectă a spectrului de radiații a corpului negru de către Max Planck în 1899 sub ipoteza luminii emise în unități discrete de energie. Efectul fotoelectric a fost o dovadă suplimentară a acestei cuantificări, explicată de Einstein într-o lucrare din 1905, o descoperire pentru care urma să i se atribuie Premiul Nobel în 1921. Niels Bohr a arătat că ipoteza radiației optice cuantificate corespundea teoriei sale a cuantificării nivelelor de energie ale atomilor și spectrului emisiilor de hidrogen în special. Înțelegerea interacțiunii dintre lumină și materie în urma acestor evoluții a fost crucială pentru dezvoltarea mecanicii cuantice ca un întreg. Cu toate acestea, sub-domeniile mecanicii cuantice care se ocupă de interacțiunea dintre materie și lumină au fost în principal considerate ca cercetări în materie, mai degrabă decât în lumină; prin urmare, s-a vorbit mai degrabă despre fizica atomului și electronica cuantică în 1960. Știința laserului – adică cercetarea principiilor, proiectarea și aplicarea acestor dispozitive – a devenit un domeniu important, iar mecanica cuantică care stă la baza principiilor laserului a început să fie studiată cu accent mai mare pe proprietățile luminii, iar denumirea de optica cuantică a intrat în uzul curent.
Dat fiind că știința laserului are nevoie de fundații teoretice bune și, de asemenea, că cercetarea în aceste domenii s-a dovedit foarte fructuoasă, interesul pentru optica cuantică a crescut. Urmare a lucrării lui Dirac în teoria câmpului, George Sudarshan, Roy J. Glauber și Leonard Mandel au aplicat teoria cuantică a câmpului electromagnetic în anii 1950 și 1960 pentru a obține o înțelegere mai detaliată a fotodetectării și a statisticii luminii. Acest lucru a condus la introducerea stării coerente ca un concept care aborda variațiile dintre lumina laser, lumina termică, stările comprimate exotice, etc., înțelegându-se că lumina nu poate fi descrisă pe deplin doar referindu-se la câmpurile electromagnetice care descriu undele din fizica clasică. În 1977, Kimble și colab. a demonstrat că un singur atom emite un foton la un moment dat, rezultând dovezi suplimentare convingătoare că lumina constă din fotoni. Stadiile cuantice ale luminii necunoscute anterior, cu caracteristici diferite de cele clasice, cum ar fi lumina coerentă comprimată, au fost descoperite ulterior.
Dezvoltarea impulsurilor laser scurte și ultrascurte – create de tehnicile de comutare Q și de modelare – a deschis calea spre studiul a ceea ce a devenit cunoscut sub numele de procese ultrarapide. Au fost descoperite aplicații pentru cercetarea în stare solidă (de exemplu, spectroscopia Raman), și au fost studiate forțele mecanice ale luminii asupra materiei. Acestea din urmă au condus la levitarea și poziționarea norilor de atomi sau chiar a probelor biologice mici într-o capcană optică sau prin pensete optice prin fascicul laser. Aceasta, împreună cu răcirea Doppler, a fost tehnologia crucială necesară pentru a realiza condensatul Bose-Einstein.
Alte rezultate remarcabile sunt demonstrarea inseparabilității cuantice, a teleportării cuantice și a porților logice cuantice. Acestea din urmă sunt de foarte mare interes în teoria informației cuantice, un subiect care a apărut parțial din optica cuantică, și parțial din teoria informaticii teoretice.
Domeniile de astăzi de interes printre cercetătorii opticii cuantice includ conversia parametrică jos, oscilația parametrică, impulsurile luminoase mai scurte (attosecunde), utilizarea opticii cuantice pentru informațiile cuantice, manipularea atomilor unici, condensatele Bose-Einstein, aplicarea și manipularea lor (un sub-domeniu numit adesea optică atomică), absorbenți perfect coerenți, și multe altele. Subiectele clasificate sub termenul de optică cuantică, în special cele aplicate în inginerie și inovare tehnologică, sunt incluse deseori în termenul modern de fotonică.
Câteva premii Nobel au fost acordate pentru munca în domeniul opticii cuantice:
- în 2012, Serge Haroche și David J. Wineland, „pentru metode experimentale de ultimă oră care permit măsurarea și manipularea sistemelor cuantice individuale”.
- în 2005, Theodor W. Hänsch, Roy J. Glauber și John L. Hall
- în 2001, Wolfgang Ketterle, Eric Allin Cornell și Carl Wieman
- în 1997, Steven Chu, Claude Cohen-Tannoudji și William Daniel Phillips
Lasă un răspuns