Квантна оптика је поље квантна физика која се посебно бави интеракцијом фотони са материјом. Проучавање појединих фотона је кључно за разумевање понашања електромагнетних таласа у целини.
Да бисмо прецизно објаснили шта то значи, реч "квант" односи се на најмању количину било којег физичког ентитета који може комуницирати са другим ентитетом. Квантна физика се, дакле, бави најмањим честицама; ово су невероватно ситне субатомске честице које се понашају на јединствени начин.
Реч "оптика" у физици се односи на проучавање светлости. Фотони су најмање честице светлости (мада је важно знати да се фотони могу понашати и као честице и као таласи).
Развој квантне оптике и фотонске теорије светлости
Теорија да се светлост кретала у дискретним сноповима (тј. Фотони) представљена је у раду Мак Планцк-а из 1900. године о ултраљубичастој катастрофи у зрачење црног тела. Године 1905. Ајнштајн је на својим принципима проширио своје објашњење фотоелектрични ефекат за дефинисање фотонске теорије светлости.
Квантна физика развијала се током прве половине двадесетог века углавном захваљујући раду на нашем разумевању како фотони и материја међусобно делују и међусобно се односе. Ово се, међутим, посматрало као проучавање материје која је укључивала више од укључивања светлости.
1953. развијен је масер (који је емитовао кохерентне микроталасне пећнице), а 1960. године ласер (која емитује кохерентну светлост). Како је својство светлости укључено у ове уређаје постало важније, квантна оптика је почела да се користи као термин за ово специјализовано подручје испитивања.
Налази
Квантна оптика (и квантна физика у целини) посматра електромагнетно зрачење као путовање у облику таласа и честица истовремено. Ова појава се назива дуалност таласних честица.
Најчешће објашњење како ово делује је да се фотони крећу у току честица, али целокупно понашање тих честица одређује квантна таласна функција која одређује вероватноћу да се честице налазе у датој локацији у датом тренутку.
Узимајући налазе из квантне електродинамике (КЕД), такође је могуће интерпретирати квантну оптику у облику стварања и уништења фотона, описаног од стране оператора на терену. Овај приступ омогућава употребу одређених статистичких приступа који су корисни за анализу понашања светлости, иако било представља оно што се физички дешава ствар је неке расправе (мада већина људи то сматра корисним математичким модел).
Апликације
Ласери (и масери) су најочитија примена квантне оптике. Светлост која емитује ове уређаје је у кохерентном стању, што значи да светлост јако подсећа на класични синусоидни талас. У овом кохерентном стању, квантна механичка таласна функција (а тиме и квантна механичка неизвесност) се дистрибуира подједнако. Светлост коју емитује ласер је, дакле, високо наређена и углавном ограничена на суштински исто енергетско стање (а самим тим на исту фреквенцију и таласну дужину).