Keadaan Kuantum Cahaya

Kuantisasi medan elektromagnetik menghasilkan foton dan keadaan seperti cahaya koheren, jumlah, terperas (squeezed), dan terjerat (entangled) yang tidak memiliki padanan klasik.

Definition

Keadaan yang tersedia untuk medan elektromagnetik terkuantisasi, dicirikan oleh distribusi jumlah fotonnya, sifat koherensi, dan korelasi kuantum, termasuk keadaan koheren, jumlah, terperas (squeezed), dan terjerat (entangled).

Scope

Topik ini mencakup deskripsi kuantum medan cahaya dan keadaannya. Ini termasuk kuantisasi mode medan sebagai osilator harmonik, keadaan jumlah foton (Fock), keadaan koheren yang paling menyerupai cahaya klasik, dan keadaan non-klasik seperti cahaya terperas (squeezed light) dengan fluktuasi yang berkurang dalam satu kuadratur dan pasangan foton terjerat (entangled photon pairs). Ini membahas statistik foton dan perbedaan antara cahaya sub-Poissonian, Poissonian, dan super-Poissonian, fungsi koherensi orde kedua, antibunching sebagai tanda foton tunggal, dan peran keadaan ini dalam informasi kuantum dan metrologi.

Core questions

• Bagaimana medan elektromagnetik dikuantisasi menjadi foton?
• Apa yang membedakan keadaan koheren, jumlah, terperas (squeezed), dan terjerat (entangled)?
• Bagaimana statistik foton mengungkapkan sifat kuantum cahaya?
• Apa yang membuat suatu keadaan cahaya menjadi non-klasik?

Key concepts

• kuantisasi medan
• foton
• keadaan koheren
• keadaan jumlah
• cahaya terperas (squeezed light)
• foton terjerat (entangled photons)
• antibunching foton
• koherensi orde kedua

Key theories

Kuantisasi medan dan keadaan jumlah foton

Setiap mode medan elektromagnetik dikuantisasi sebagai osilator harmonik yang kuanta eksitasinya adalah foton; keadaan jumlah memiliki jumlah foton yang pasti, sementara keadaan koheren adalah superposisi ketidakpastian minimum yang paling mirip dengan gelombang klasik.

Cahaya non-klasik: pemerasan (squeezing) dan keterjeratan (entanglement)

Keadaan terperas (squeezed states) mendistribusikan ulang derau kuantum di bawah batas standar dalam satu kuadratur dengan mengorbankan kuadratur lainnya, dan pasangan foton terjerat (entangled photon pairs) berbagi korelasi yang lebih kuat daripada medan klasik mana pun, memungkinkan metrologi dan informasi kuantum.

Clinical relevance

Cahaya non-klasik menjanjikan peningkatan dalam pencitraan dan penginderaan biomedis, dengan cahaya terperas (squeezed light) yang mampu mendorong pengukuran optik di bawah batas derau klasik dan foton terjerat (entangled photons) yang dieksplorasi untuk pencitraan dosis rendah dan resolusi yang ditingkatkan pada sampel biologis yang sensitif.

History

Teori kuantum koherensi optik Glauber tahun 1963, yang diakui dengan Hadiah Nobel Fisika tahun 2005, menetapkan kerangka kerja keadaan koheren dan fungsi korelasi yang digunakan untuk mengklasifikasikan cahaya. Mandel, Wolf, dan lainnya mengembangkan studi eksperimental statistik foton, dan generasi cahaya terperas (squeezed) dan terjerat (entangled) menyusul pada tahun 1980-an.

Key figures

• Roy J. Glauber
• Leonard Mandel
• Emil Wolf

Seminal works

• loudon2000
• glauber1963

Frequently asked questions

Apa itu cahaya terperas (squeezed light)?

Cahaya terperas (squeezed light) adalah keadaan kuantum di mana ketidakpastian salah satu kuadratur medan berkurang di bawah tingkat vakum biasa, dengan biaya peningkatan ketidakpastian pada kuadratur konjugat, memungkinkan pengukuran dengan derau yang lebih sedikit dalam variabel terperas (squeezed).

Bagaimana cahaya bisa terjerat (entangled)?

Proses nonlinier tertentu menghasilkan pasangan foton yang sifat-sifatnya, seperti polarisasi atau waktu kedatangan, berkorelasi dengan cara yang tidak dapat dijelaskan oleh keadaan klasik independen, sehingga mengukur satu foton secara instan membatasi foton lainnya.