Kvanteoptikk er et område innen fysikk som tar for seg de kvantemekaniske egenskapene til lys, ofte i samspill med atomer. I motsetning til den klassiske beskrivelsen av lys som bølger, inkluderer kvanteoptikk dessuten fenomener som følger av at lys består av partikler kalt fotoner.
Kvanteoptikk kan ha anvendelser innen informasjonsteknologi på grunn av fenomener som sammenfiltring og kvanteteleportering.
I fagfeltet optikk studeres egenskapene til lys og hvordan det vekselvirker med materie. Dette inkluderer fenomener som lar seg beskrive med klassisk fysikk, slik som diffraksjon og interferens.
Kvanteoptikk er en underkategori av optikk som tar for seg de egenskapene ved lys som ikke lar seg forklare med klassisk fysikk, men som i stedet krever en kvantefysisk beskrivelse. Dette inkluderer fenomener som partikkelegenskaper til lys og sammenfiltring av fotoner, som beskrives nærmere nedenfor.
I klassisk fysikk beskrives lys som elektromagnetiske bølger som kan forplante seg både igjennom tomt rom (vakuum) og igjennom materialer. En slik beskrivelse av lys kan ikke beskrive eksperimentelt observerbare fenomener som den fotoelektriske effekt og comptoneffekten. Ifølge kvantefysikk består lys i stedet av en mengde partikler kalt fotoner som beveger seg med lysets hastighet og har null masse. Hvert foton bærer en bestemt energimengde som er bestemt av bølgelengden til lysstrålen som fotonene sammen utgjør.
Siden lys består av partikler, kan disse partiklene kollidere med andre typer partikler, slik som elektroner. Dette er essensen bak både den fotoelektriske effekt og comptoneffekten.
Selv om lys ifølge kvantefysikken består av en mengde partikler (fotoner), er dette fremdeles konsistent med de klassiske egenskapene til lys. Det går an å lage en kvantemekanisk tilstand for lys bestående av en mengde fotoner som likevel statistisk sett oppfører seg som en klassisk elektromagnetisk bølge. Dette kalles for en koherent tilstand, som er fundamentalt annerledes fra én enkelt fotontilstand.
Koherente tilstander spiller en viktig rolle innen kvanteoptikk, hvor de kan brukes til å foreta høypresisjonsmålinger i forskjellige sammenhenger. Eksempler på slike sammenhenger er målinger av gravitasjonsbølger samt måling av tid i atomiske klokker.
Sammenfiltring er et grunnleggende kvantefysisk fenomen bestående av at tilstanden til to eller flere partikler er nært forbundet uavhengig av avstanden mellom partiklene. To fotoner kan sammenfiltres ved at et innkommende foton vekselvirker med et atom og omdannes til to fotoner. Hvert av disse fotonene bærer da med seg halvparten av energien til det innkommende fotonet, og vil nå være sammenfiltret med hverandre, uavhengig av hvor langt unna hverandre de befinner seg.
Eksperimentelt sett er sammenfiltring mellom fotoner veletablert, og ble opprinnelig verifisert i Aspect-eksperimentet. Ved siden av interessen fra et fundamentalt fysisk perspektiv, forskes det aktivt på om sammenfiltring mellom fotoner kan benyttes innenfor kryptografi og informasjonsteknologi.
Den grunnleggende hypotesen fremstilt av Max Planck i 1899 bestående av at lys består av diskrete energipakker (såkalte kvanta), kan betraktes som startskuddet for kvanteoptikk. Den fotoelektriske effekten, målt eksperimentelt av Heinrich Hertz i 1887 og deretter forklart teoretisk via kvantefysikk av Albert Einstein i 1905, bekreftet Plancks hypotese.
Kommentarer
Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.
Du må være logget inn for å kommentere.