Кіріспе
Кванттық оптика – кванттық физика мен оптиканың бір тармағы. Ол фотондар деп аталатын жарықтың жеке кванттарының атомдар мен молекулалармен қалай өзара әрекеттесетінін зерттейді. Оған фотондардың бөлшектік сипаттамаларын зерттеу де кіреді. Фотондар кванттық механиканың көптеген қарсы интуитивті болжамдарын, мысалы, өріліс және телепортацияны тексеру үшін қолданылды, сондай-ақ кванттық ақпаратты өңдеу үшін пайдалы құрал болып табылады.
Quantum optics is a branch of atomic, molecular, and optical physics dealing with how individual quanta of light, known as photons, interact with atoms and molecules. It includes the study of the particle like properties of photons. Photons have been used to test many of the counter intuitive predictions of quantum mechanics, such as entanglement and teleportation, and are a useful resource for quantum information processing.
Тұжырымдамалар
Кванттық теорияға сәйкес, жарықты электромагниттік толқын ретінде ғана емес, сонымен қатар c, вакуумдағы жарық жылдамдығымен қозғалатын фотондар деп аталатын бөлшектердің "ағыны" ретінде де қарастыруға болады. Бұл бөлшектерді классикалық бильярд шарлары ретінде емес, шекті аймаққа тараған толқындық функциямен сипатталатын кванттық механикалық бөлшектер ретінде қарастыру керек. Әрбір бөлшек hf-ке тең энергияның бір квантын тасымалдайды, мұндағы h – Планк тұрақтысы, ал f – жарықтың жиілігі. Бір фотонның энергиясы фотонды шығарған атомның (немесе басқа жүйенің) дискретті энергия деңгейлері арасындағы ауысуға дәл сәйкес келеді; фотонның материямен сіңірілуі – кері процесс. Эйнштейннің спонтанды шығарылымды түсіндіруі лазердің негізгі принципін – стимуляцияланған шығарылымды да болжады. Дегенмен, мазердің (және лазердің) көп жылдардан кейін нақты ойлап табылуы халық санын инверсияға жеткізу әдісіне байланысты болды. Кванттық оптиканың түсініктеріне статистикалық механиканы қолдану маңызды: жарық фотондардың тууы мен жойылуы үшін өріс операторлары арқылы сипатталады, яғни кванттық электродинамика тілінде. Жарық өрісінің жиі кездесетін күйі – 1960 жылы Э.С. Джордж Сударшан енгізген когерентті күй. Бұл күй, лазерлік шектен әлдеқайда жоғары жиілікті лазердің шығысын жуықтап сипаттау үшін қолданылады және Пуассон фотон саны статистикасын көрсетеді. Белгілі бір сызықтық емес өзара әрекеттесулер арқылы когерентті күйді сығу операторын қолдану арқылы сығылған когерентті күйге түрлендіруге болады, бұл оператор Пуассоннан жоғары немесе төмен фотон статистикасын көрсете алады. Мұндай жарық сығылған жарық деп аталады. Басқа маңызды кванттық аспектілер әртүрлі сәулелер арасындағы фотон статистикасының корреляцияларымен байланысты. Мысалы, спонтанды параметрлік түрлендіру «қосарлы сәулелер» деп аталатын сәулелерді тудыра алады, онда (идеалды жағдайда) бір сәуледегі әрбір фотон екінші сәуледегі фотонмен байланысты болады. Атомдар дискретті энергия спектрін ұстаған кванттық механикалық осцилляторлар ретінде қарастырылады, ал энергияның өзіндік күйлері арасындағы ауысулар Эйнштейннің теориясына сәйкес жарықтың сіңірілуі немесе шығарылуымен жүзеге асырылады. Қатты дене үшін қатты дене физикасының энергиялық жолақтарының модельдері қолданылады. Бұл жарықтың қатты дене құрылғыларымен қалай анықталуын түсіну үшін маңызды, олар көбінесе тәжірибелерде қолданылады.
Кванттық электроника
Кванттық электроника – 1950-1970 жылдар аралығында, негізінен, кванттық механиканың материядағы электрондардың мінез-құлқына тигізетін әсерін, сондай-ақ олардың фотондармен өзара әрекеттесуін зерттейтін физика саласын атау үшін қолданылған термин. Бүгінде ол жеке мамандық саласы ретінде қарастырылмайды және басқа салаларға сіңірілді. Қатты дене физикасы кванттық механиканы тұрақты түрде ескереді және көбінесе электрондармен айналысады. Кванттық механиканың электроникадағы нақты қолданылуы жартылай өткізгіштер физикасы шеңберінде зерттеледі. Бұл термин лазердің жұмыс ілуінің негізгі процестерін де қамтыды, бүгінде ол кванттық оптика тақырыбы ретінде зерттеледі. Терминнің қолданылуы кванттық Холл эффектісі және кванттық ұяшық автоматтары саласындағы алғашқы жұмыстармен қатар жүрді.