Işığın Kuantum Halleri
Elektromanyetik alanın kuantize edilmesiyle fotonlar ve klasik karşılığı olmayan koherent, sayı, sıkıştırılmış ve dolaşık ışık gibi haller elde edilmektedir.
Tanım
Kuantize edilmiş elektromanyetik alanın sahip olabileceği, foton sayısı dağılımları, koherens özellikleri ve kuantum korelasyonları ile karakterize edilen, koherent, sayı, sıkıştırılmış ve dolaşık halleri içeren durumlar.
Kapsam
Bu konu, ışık alanının kuantum tanımını ve hallerini kapsamaktadır. Harmonik osilatörler olarak alan modlarının kuantizasyonunu, foton sayısı (Fock) hallerini, klasik ışığa en çok benzeyen koherent halleri ve bir kuadratürdeki dalgalanmaları azaltılmış sıkıştırılmış ışık ile dolaşık foton çiftleri gibi klasik olmayan halleri içermektedir. Foton istatistiklerini ve alt-Poisson, Poisson ve üst-Poisson ışık arasındaki ayrımı, ikinci dereceden koherens fonksiyonunu, tek fotonların bir göstergesi olarak antibunching'i ve bu hallerin kuantum bilgi ve metrolojideki rolünü ele almaktadır.
Temel sorular
- Elektromanyetik alan fotonlara nasıl kuantize edilmektedir?
- Koherent, sayı, sıkıştırılmış ve dolaşık halleri birbirinden ayıran nedir?
- Foton istatistikleri ışığın kuantum doğasını nasıl ortaya koymaktadır?
- Bir ışık halini klasik olmayan yapan nedir?
Anahtar kavramlar
- alan kuantizasyonu
- foton
- koherent hal
- sayı hali
- sıkıştırılmış ışık
- dolaşık fotonlar
- foton antibunching
- ikinci dereceden koherens
Temel kuramlar
- Alan kuantizasyonu ve foton-sayı halleri
- Elektromanyetik alanın her modu, uyarım kuantaları fotonlar olan bir harmonik osilatör olarak kuantize edilmektedir; sayı halleri belirli bir foton sayısına sahipken, koherent haller klasik dalgalara en çok benzeyen minimum belirsizlik süperpozisyonlarıdır.
- Klasik olmayan ışık: sıkıştırma ve dolaşıklık
- Sıkıştırılmış haller, kuantum gürültüsünü bir kuadratürde standart limitin altına, diğerinin pahasına yeniden dağıtırken, dolaşık foton çiftleri herhangi bir klasik alandan daha güçlü korelasyonlar paylaşarak kuantum metroloji ve bilgiyi mümkün kılmaktadır.
Klinik önem
Klasik olmayan ışık, biyomedikal görüntüleme ve algılamada iyileştirmeler vaat etmektedir; sıkıştırılmış ışık, optik ölçümleri klasik gürültü sınırının altına çekebilirken, dolaşık fotonlar hassas biyolojik örneklerin düşük dozlu ve geliştirilmiş çözünürlüklü görüntülenmesi için araştırılmaktadır.
Tarihçe
Glauber'in 2005 Nobel Fizik Ödülü ile tanınan 1963 tarihli optik koherens kuantum kuramı, koherent haller ve ışığı sınıflandırmak için kullanılan korelasyon fonksiyonları çerçevesini oluşturmuştur. Mandel, Wolf ve diğerleri foton istatistiklerinin deneysel çalışmasını geliştirmiş ve sıkıştırılmış ile dolaşık ışığın üretimi 1980'lerde gerçekleşmiştir.
Öne çıkan isimler
- Roy J. Glauber
- Leonard Mandel
- Emil Wolf
İlgili konular
Temel eserler
- loudon2000
- glauber1963
Sıkça sorulan sorular
- Sıkıştırılmış ışık nedir?
- Sıkıştırılmış ışık, bir alan kuadratüründeki belirsizliğin olağan vakum seviyesinin altına düşürüldüğü, eşlenik kuadratürdeki belirsizliğin artması pahasına, sıkıştırılmış değişkende daha az gürültü ile ölçümlere olanak tanıyan bir kuantum halidir.
- Işık nasıl dolaşık hale getirilebilir?
- Bazı doğrusal olmayan süreçler, polarizasyon veya varış zamanı gibi özellikleri bağımsız klasik hallerle açıklanamayacak şekilde korele olan foton çiftleri üretmektedir, böylece bir fotonu ölçmek diğerini anında kısıtlamaktadır.