Optyka kwantowa

Optyka kwantowa to gałąź fizyki atomowej, molekularnej i optycznej zajmująca się tym, jak poszczególne kwanty światła, znane jako fotony, oddziałują z atomami i cząsteczkami. Optyka kwantowa bada naturę i efekty działania światła poprzez uwzględnienie kwantyzacji układów atomowych i korpuskularnej natury światła, przezwyciężając klasyczne teorie, które uznawały je jedynie za falę elektromagnetyczną.

Dzięki optyce kwantowej możliwe jest również badanie statystyk fotonów, analiza, która doprowadziła do opracowania instrumentów do bezpośredniej detekcji fotonów w oparciu o efekt fotoelektryczny lub fotowoltaiczny.

Rozwój laserów o ultrakrótkich impulsach, generowanych przez przełącznik Q i techniki blokowania trybu, umożliwił stworzenie gałęzi optyki kwantowej, badania ultraszybkich procesów.

W optyce kwantowej lasery są podstawowymi narzędziami wykorzystywanymi do kontrolowania, manipulowania i mierzenia stanów kwantowych światła i materii. Do najczęściej stosowanych laserów w tej dziedzinie należą lasery diodowe, lasery femtosekundowe, lasery stabilizowane częstotliwościowo i lasery przestrajalne, z których każdy charakteryzuje się precyzją, stabilnością i kompatybilnością z systemami kwantowymi.

Lasery diodowe są często wykorzystywane do takich zadań jak wzbudzanie atomów, chłodzenie i pułapkowanie cząstek oraz generowanie pojedynczych fotonów. Ich kompaktowy rozmiar, możliwość dostrajania i wąska szerokość linii sprawiają, że idealnie nadają się do komunikacji kwantowej, obliczeń kwantowych i konfiguracji czujników kwantowych.

Lasery femtosekundowe, które emitują ultrakrótkie impulsy światła, są wykorzystywane w eksperymentach wymagających precyzyjnej rozdzielczości czasowej, takich jak badania koherencji kwantowej lub ultraszybkiej dynamiki. Lasery te są kluczem do badania szybkich zdarzeń kwantowych i wykonywania pomiarów w dziedzinie czasu o wysokiej rozdzielczości.

Lasery ze stabilizacją częstotliwości zapewniają wysoką czystość widmową i stabilność potrzebną w metrologii kwantowej, zegarach atomowych i kwantowej kontroli stanu. Ich stabilna moc wyjściowa pozwala na spójną interakcję z systemami kwantowymi, zapewniając dokładne i powtarzalne pomiary.

Lasery przestrajalne, w tym lasery barwnikowe i lasery diodowe z zewnętrzną wnęką, są używane, gdy potrzebne są określone długości fal przejściowych, zwłaszcza do pracy z różnymi gatunkami atomowymi lub jonowymi. Lasery te są niezbędne do symulacji kwantowych i precyzyjnej spektroskopii.

Ogólnie rzecz biorąc, rodzaj lasera stosowanego w optyce kwantowej zależy od konkretnych badanych zjawisk kwantowych. Lasery diodowe i lasery ze stabilizacją częstotliwości są powszechnie stosowane do stabilnej i precyzyjnej kontroli, lasery femtosekundowe do ultraszybkich zastosowań, a lasery przestrajalne do uzyskiwania dostępu do szerokiego zakresu przejść kwantowych.