حالتهای کوانتومی نور
کوانتومی کردن میدان الکترومغناطیسی منجر به فوتونها و حالتهایی مانند نور همدوس، عددی، فشرده و درهمتنیده میشود که هیچ معادل کلاسیکی ندارند.
Definition
حالتهای موجود برای میدان الکترومغناطیسی کوانتیزه شده، که با توزیع تعداد فوتون، خواص همدوسی، و همبستگیهای کوانتومی آنها مشخص میشوند، شامل حالتهای همدوس، عددی، فشرده و درهمتنیده.
Scope
این موضوع به توصیف کوانتومی میدان نور و حالتهای آن میپردازد. این شامل کوانتیزه کردن مُدهای میدان به عنوان نوسانگرهای هارمونیک، حالتهای تعداد فوتون (حالتهای فاک)، حالتهای همدوس که بیشترین شباهت را به نور کلاسیکی دارند، و حالتهای غیرکلاسیکی مانند نور فشرده با نوسانات کاهشیافته در یک ربعصفحه و جفت فوتونهای درهمتنیده است. این موضوع به آمار فوتونها و تمایز بین نور زیرپواسونی، پواسونی و فوقپواسونی، تابع همدوسی مرتبه دوم، آنتیبانچینگ به عنوان نشانهای از فوتونهای منفرد، و نقش این حالتها در اطلاعات کوانتومی و اندازهگیری میپردازد.
Core questions
- میدان الکترومغناطیسی چگونه به فوتونها کوانتیزه میشود؟
- چه چیزی حالتهای همدوس، عددی، فشرده و درهمتنیده را متمایز میکند؟
- آمار فوتونها چگونه ماهیت کوانتومی نور را آشکار میکند؟
- چه چیزی یک حالت نور را غیرکلاسیکی میکند؟
Key concepts
- کوانتیزه کردن میدان
- فوتون
- حالت همدوس
- حالت عددی
- نور فشرده
- فوتونهای درهمتنیده
- آنتیبانچینگ فوتون
- همدوسی مرتبه دوم
Key theories
- کوانتیزه کردن میدان و حالتهای تعداد فوتون
- هر مُد از میدان الکترومغناطیسی به عنوان یک نوسانگر هارمونیک کوانتیزه میشود که کوانتومهای تحریک آن فوتون هستند؛ حالتهای عددی دارای تعداد فوتون مشخصی هستند، در حالی که حالتهای همدوس برهمنهیهای با حداقل عدم قطعیت هستند که بیشترین شباهت را به امواج کلاسیکی دارند.
- نور غیرکلاسیکی: فشردهسازی و درهمتنیدگی
- حالتهای فشرده، نویز کوانتومی را در یک ربعصفحه به زیر حد استاندارد توزیع میکنند، به قیمت افزایش عدم قطعیت در ربعصفحه مزدوج، و جفت فوتونهای درهمتنیده همبستگیهایی قویتر از هر میدان کلاسیکی دارند که اندازهگیری و اطلاعات کوانتومی را ممکن میسازد.
Clinical relevance
نور غیرکلاسیکی نویدبخش بهبود در تصویربرداری و حسگری زیستپزشکی است، به طوری که نور فشرده میتواند اندازهگیریهای نوری را به زیر حد نویز کلاسیکی برساند و فوتونهای درهمتنیده برای تصویربرداری با دوز پایین و وضوح افزایشیافته از نمونههای بیولوژیکی ظریف مورد بررسی قرار گرفتهاند.
History
نظریه کوانتومی همدوسی نوری گلاوبر در سال 1963، که با جایزه نوبل فیزیک 2005 به رسمیت شناخته شد، چارچوب حالتهای همدوس و توابع همبستگی مورد استفاده برای طبقهبندی نور را بنا نهاد. ماندل، ولف و دیگران مطالعه تجربی آمار فوتونها را توسعه دادند و تولید نور فشرده و درهمتنیده در دهه 1980 به دنبال آن آمد.
Key figures
- Roy J. Glauber
- Leonard Mandel
- Emil Wolf
Related topics
Seminal works
- loudon2000
- glauber1963
Frequently asked questions
- نور فشرده چیست؟
- نور فشرده یک حالت کوانتومی است که در آن عدم قطعیت یک ربعصفحه میدان به زیر سطح خلاء معمول کاهش مییابد، به قیمت افزایش عدم قطعیت در ربعصفحه مزدوج، که امکان اندازهگیری با نویز کمتر در متغیر فشرده را فراهم میکند.
- چگونه نور میتواند درهمتنیده شود؟
- برخی فرآیندهای غیرخطی جفت فوتونهایی تولید میکنند که خواص آنها، مانند قطبش یا زمان رسیدن، به گونهای همبسته هستند که نمیتوان با حالتهای کلاسیکی مستقل توضیح داد، بنابراین اندازهگیری یک فوتون بلافاصله فوتون دیگر را محدود میکند.