प्रकाश की क्वांटम अवस्थाएँ

विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का क्वांटमीकरण फोटॉन और सुसंगत, संख्या, निचोड़ा हुआ (squeezed) और उलझा हुआ (entangled) प्रकाश जैसी अवस्थाएँ उत्पन्न करता है, जिनका कोई शास्त्रीय प्रतिरूप नहीं होता है।

Definition

क्वांटमीकृत विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के लिए उपलब्ध अवस्थाएँ, जिनकी विशेषता उनके फोटॉन-संख्या वितरण, सुसंगतता गुण और क्वांटम सहसंबंध हैं, जिनमें सुसंगत, संख्या, निचोड़ा हुआ और उलझी हुई अवस्थाएँ शामिल हैं।

Scope

यह विषय प्रकाश क्षेत्र और उसकी अवस्थाओं के क्वांटम विवरण को शामिल करता है। इसमें हार्मोनिक ऑसिलेटर के रूप में क्षेत्र मोड का क्वांटमीकरण, फोटॉन संख्या (फॉक) अवस्थाएँ, सुसंगत अवस्थाएँ जो शास्त्रीय प्रकाश के समान होती हैं, और गैर-शास्त्रीय अवस्थाएँ जैसे कि एक चतुर्भुज में कम उतार-चढ़ाव के साथ निचोड़ा हुआ प्रकाश और उलझे हुए फोटॉन जोड़े शामिल हैं। यह फोटॉन सांख्यिकी और उप-पॉइसोनियन, पॉइसोनियन और सुपर-पॉइसोनियन प्रकाश के बीच अंतर, द्वितीय-क्रम सुसंगतता फलन, एकल फोटॉनों के हस्ताक्षर के रूप में एंटीबंचिंग, और क्वांटम सूचना और मेट्रोलॉजी में इन अवस्थाओं की भूमिका पर चर्चा करता है।

Core questions

• विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र को फोटॉनों में कैसे क्वांटमीकृत किया जाता है?
• सुसंगत, संख्या, निचोड़ा हुआ और उलझी हुई अवस्थाओं में क्या अंतर है?
• फोटॉन सांख्यिकी प्रकाश की क्वांटम प्रकृति को कैसे प्रकट करती है?
• प्रकाश की कौन सी अवस्था गैर-शास्त्रीय होती है?

Key concepts

• क्षेत्र क्वांटमीकरण
• फोटॉन
• सुसंगत अवस्था
• संख्या अवस्था
• निचोड़ा हुआ प्रकाश
• उलझे हुए फोटॉन
• फोटॉन एंटीबंचिंग
• द्वितीय-क्रम सुसंगतता

Key theories

क्षेत्र क्वांटमीकरण और फोटॉन-संख्या अवस्थाएँ

विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का प्रत्येक मोड एक हार्मोनिक ऑसिलेटर के रूप में क्वांटमीकृत होता है जिसके उत्तेजना क्वांटा फोटॉन होते हैं; संख्या अवस्थाओं में निश्चित फोटॉन गणना होती है, जबकि सुसंगत अवस्थाएँ न्यूनतम-अनिश्चितता सुपरपोज़िशन होती हैं जो शास्त्रीय तरंगों की तरह व्यवहार करती हैं।

गैर-शास्त्रीय प्रकाश: निचोड़ना और उलझाव

निचोड़ी हुई अवस्थाएँ एक चतुर्भुज में मानक सीमा से नीचे क्वांटम शोर को दूसरे के खर्च पर पुनर्वितरित करती हैं, और उलझे हुए फोटॉन जोड़े किसी भी शास्त्रीय क्षेत्रों की तुलना में मजबूत सहसंबंध साझा करते हैं, जिससे क्वांटम मेट्रोलॉजी और सूचना सक्षम होती है।

Clinical relevance

गैर-शास्त्रीय प्रकाश बायोमेडिकल इमेजिंग और सेंसिंग में सुधार का वादा करता है, जिसमें निचोड़ा हुआ प्रकाश ऑप्टिकल मापों को शास्त्रीय शोर सीमा से नीचे धकेलने में सक्षम है और नाजुक जैविक नमूनों की कम-खुराक और बढ़ी हुई-रिज़ॉल्यूशन इमेजिंग के लिए उलझे हुए फोटॉनों की खोज की गई है।

History

ग्लॉबर के 1963 के ऑप्टिकल सुसंगतता के क्वांटम सिद्धांत, जिसे 2005 के भौतिकी के नोबेल पुरस्कार से मान्यता मिली, ने सुसंगत अवस्थाओं और प्रकाश को वर्गीकृत करने के लिए उपयोग किए जाने वाले सहसंबंध कार्यों का ढाँचा स्थापित किया। मैंडेल, वुल्फ और अन्य ने फोटॉन सांख्यिकी के प्रायोगिक अध्ययन को विकसित किया, और 1980 के दशक में निचोड़ा हुआ और उलझा हुआ प्रकाश का उत्पादन हुआ।

Key figures

• Roy J. Glauber
• Leonard Mandel
• Emil Wolf

Seminal works

• loudon2000
• glauber1963

Frequently asked questions

निचोड़ा हुआ प्रकाश क्या है?

निचोड़ा हुआ प्रकाश एक क्वांटम अवस्था है जिसमें एक क्षेत्र चतुर्भुज की अनिश्चितता सामान्य निर्वात स्तर से नीचे कम हो जाती है, जो संयुग्मी चतुर्भुज में बढ़ी हुई अनिश्चितता की कीमत पर होती है, जिससे निचोड़े हुए चर में कम शोर के साथ माप संभव होते हैं।

प्रकाश कैसे उलझ सकता है?

कुछ अरेखीय प्रक्रियाएँ फोटॉनों के जोड़े उत्पन्न करती हैं जिनके गुण, जैसे ध्रुवीकरण या आगमन का समय, इस तरह से सहसंबंधित होते हैं कि उन्हें स्वतंत्र शास्त्रीय अवस्थाओं द्वारा समझाया नहीं जा सकता है, इसलिए एक फोटॉन को मापने से तुरंत दूसरे को बाधित किया जाता है।