양자 광학
Quantum optics양자 광학은 원자, 분자, 광학 물리학의 한 분야로, 광자로 알려진 빛의 개별 양자가 원자 및 분자와 어떻게 상호작용하는지를 다룬다.여기에는 광자의 입자상 특성에 대한 연구가 포함됩니다.광자는 얽힘 및 순간이동과 같은 양자 역학의 많은 반직관적 예측을 테스트하는 데 사용되어 왔고 양자 정보 처리에 유용한 자원입니다.
역사
제한된 공간에서 전파되는 빛은 광자로 알려진 정수의 입자에 따라 에너지와 운동량을 정량화한다.양자광학은 양자화된 광자로서의 빛의 성질과 효과를 연구한다.이러한 이해를 이끈 첫 번째 주요 개발은 1899년 맥스 플랑크가 분리된 에너지 단위로 빛이 방출된다는 가설 하에 흑체 방사선 스펙트럼을 정확하게 모델링한 것이다.광전 효과는 알버트 아인슈타인이 1905년 논문에서 설명한 바와 같이 양자화의 추가적인 증거였으며, 이 발견으로 그는 1921년 노벨상을 받게 되었다.닐스 보어는 광학 복사가 양자화된다는 가설이 원자의 양자화된 에너지 수준, 특히 수소의 방출 스펙트럼에 대한 그의 이론과 일치한다는 것을 보여주었다.이러한 발달에 따른 빛과 물질 사이의 상호작용에 대한 이해는 양자역학 전체의 발전에 매우 중요했다.하지만, 물질-빛 상호작용을 다루는 양자 역학의 하위 분야는 주로 빛보다는 물질에 대한 연구로 간주되었다; 그래서 1960년에 원자 물리학과 양자 전자 공학에 대해 이야기했다.레이저 과학(즉, 이러한 장치의 원리, 설계 및 적용에 대한 연구)은 중요한 분야가 되었고, 레이저 원리의 기초가 되는 양자 역학은 빛의 특성에[dubious ] 더 중점을 두고 연구되었고 양자 광학이라는 이름이 관례화되었습니다.
레이저 과학이 좋은 이론적 토대를 필요로 하고 또한 이에 대한 연구가 곧 매우 성과를 거두었기 때문에 양자 광학에 대한 관심이 높아졌습니다.양자장 이론에서 디락의 연구에 이어, 존 R. 클라우더, 조지 수다르샨, 로이 J. 글라우버, 그리고 레오나드 만델은 1950년대와 1960년대에 광검출과 빛의 통계학을 보다 상세하게 이해하기 위해 양자 이론을 전자기장에 적용했다.이는 레이저광, 열광, 이국적인 압착 상태 등의 변화를 다루는 개념으로, 고전적인 그림에서 파장을 설명하는 전자장만으로는 빛을 완전히 묘사할 수 없다는 것을 이해하게 되면서 간섭 상태를 도입하게 되었다.1977년 킴블 외 연구진은 한 번에 하나의 광자를 방출하는 단일 원자를 입증했는데, 이는 빛이 광자로 구성되어 있다는 더욱 설득력 있는 증거이다.이전에는 알려지지 않았던 빛의 양자 상태, 예를 들어 압축된 빛과 같은 고전적인 상태와는 다른 특징들이 그 후에 발견되었다.
Q 스위칭 및 모델 도킹 기술에 의해 생성된 짧은 레이저 펄스 및 초단파 레이저 펄스의 개발은 초고속 프로세스로 알려진 것을 연구할 수 있는 길을 열었습니다.고체 연구(예: 라만 분광학)를 위한 응용 프로그램이 발견되었고 물질에 대한 빛의 기계적 힘이 연구되었다.후자는 레이저 빔에 의해 광학 트랩이나 광학 핀셋에 원자 또는 작은 생물학적 샘플의 구름을 띄우고 배치하는 결과를 가져왔다.이것은 도플러 냉각 및 시지퍼스 냉각과 함께 유명한 보스-아인슈타인 응축에 필요한 중요한 기술이었다.
다른 주목할 만한 결과는 양자 얽힘, 양자 순간이동, 양자 논리 게이트의 시연이다.후자는 양자 정보 이론, 즉 양자 광학, 그리고 이론 컴퓨터 [1]과학에서 부분적으로 나타난 과목에 많은 관심을 가지고 있다.
오늘날 양자 광학 연구자들 사이에서 관심 분야는 파라메트릭 하향 변환, 파라메트릭 진동, 심지어 더 짧은 (attosecond) 광펄스, 양자 정보를 위한 양자 광학 사용, 단일 원자의 조작, 보스-아인슈타인 응축물, 그들의 응용, 그리고 그것들을 조작하는 방법을 포함한다.코히런트 퍼펙트 업소버 등입니다.양자 광학 용어, 특히 공학 및 기술 혁신에 적용된 것으로 분류되는 주제는 종종 현대 용어인 광자에 속한다.
양자 광학 분야의 업적으로 몇 개의 노벨상이 수여되었다.수상자는 다음과 같습니다.
- 2012년, Serge Haroche와 David J. Wineland는 "개개의 양자 [2]시스템을 측정하고 조작할 수 있는 획기적인 실험 방법"을 개발했습니다.
- 2005년, 테오도르 W. 헨쉬, 로이 J. 글라우버, 존 L. 홀[3]
- 2001년에는 볼프강 케틀레, 에릭 앨런 코넬, 칼 와이먼이[4]
- 1997년 스티븐 추, 클로드 코헨 타누지, 윌리엄 대니얼[5] 필립스
개념
양자 이론에 따르면, 빛은 전자파뿐만 아니라 빛의 진공 속도인 c와 함께 이동하는 광자라고 불리는 입자의 "흐름"으로 간주될 수 있다.이러한 입자는 고전적인 당구공이 아니라 파동 함수에 의해 기술된 양자 기계 입자가 한정된 영역에 퍼지는 것으로 간주되어야 한다.
각 입자는 hf와 같은 에너지의 양자 하나를 운반합니다. 여기서 h는 플랑크의 상수이고 f는 빛의 주파수입니다.단일 광자에 의해 소유되는 에너지는 광자를 방출한 원자(또는 다른 시스템)의 이산 에너지 수준 사이의 전환에 정확히 대응한다. 광자의 물질 흡수는 그 반대 과정이다.아인슈타인의 자발적 방출에 대한 설명은 또한 레이저의 기초가 되는 원리인 자극 방출의 존재를 예측했다.그러나, 수년 후, 메이저(및 레이저)의 실제 발명은 모집단 반전을 생성하는 방법에 의존했다.
통계 역학의 사용은 양자 광학 개념의 기본이다. 빛은 광자의 생성과 소멸을 위한 필드 연산자, 즉 양자 전기 역학 언어로 설명된다.
라이트 필드의 자주 발생하는 상태는 E.C에 의해 도입된 코히런트 상태입니다. 1960년 조지 수다르샨.이 상태는 레이저 임계값을 훨씬 초과하는 단일 주파수 레이저의 출력을 대략적으로 설명하는 데 사용할 수 있으며 Poissonian 광자 수 통계를 나타냅니다.특정 비선형 상호작용을 통해 초 또는 하위 푸아손 광자 통계를 나타낼 수 있는 압착 연산자를 적용함으로써 간섭 상태를 압축된 간섭 상태로 변환할 수 있다.이런 빛은 압착광이라고 불린다.다른 중요한 양자 측면은 서로 다른 빔 사이의 광자 통계의 상관관계와 관련이 있다.예를 들어 자발적인 파라메트릭 다운 변환은 (이상적으로) 한 빔의 각 광자가 다른 빔의 광자와 관련된 이른바 '쌍둥이 빔'을 생성할 수 있다.
원자는 분리된 에너지 스펙트럼을 가진 양자 기계 발진기로 간주되며, 에너지 고유 상태 사이의 변화는 아인슈타인의 이론에 따라 빛의 흡수 또는 방출에 의해 추진된다.
고체 물질의 경우 고체 물리학의 에너지 밴드 모델을 사용합니다.이것은 실험에 일반적으로 사용되는 고체 소자에 의해 빛이 어떻게 감지되는지를 이해하는 데 중요하다.
양자 전자 공학
양자전자는 주로 1950년대와 1970년대 사이에 광자와의 상호작용과 함께 물질 내 전자의 행동에 대한 양자역학의 영향을 다루는 물리학의 영역을 나타내기 위해 사용된 용어이다.오늘날에는 그 자체로 하위 분야로 간주되는 경우가 드물고 다른 분야로 흡수되고 있습니다.고체물리학은 정기적으로 양자역학을 고려하며 보통 전자와 관련이 있습니다.전자공학에서의 양자역학의 구체적인 응용은 반도체 물리학 내에서 연구된다.이 용어는 또한 오늘날 양자 광학에서 연구되고 있는 레이저 작동의 기본 과정을 포함했다.양자 홀 효과와 양자 세포 오토마타에 대한 용어 중복의 초기 연구.
「 」를 참조해 주세요.
메모들
- ^ Nielsen, Michael A.; Chuang, Isaac L. (2010). Quantum computation and quantum information (10th anniversary ed.). Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 978-1107002173.
- ^ "2012년 노벨 물리학상"노벨 재단2012년 10월 9일 취득.
- ^ "The Nobel Prize in Physics 2005". Nobelprize.org. Retrieved 2015-10-14.
- ^ "The Nobel Prize in Physics 2001". Nobelprize.org. Retrieved 2015-10-14.
- ^ "The Nobel Prize in Physics 1997". Nobelprize.org. Retrieved 2015-10-14.
레퍼런스
- Gerry, Christopher; Knight, Peter (2004). Introduction to Quantum Optics. Cambridge University Press. ISBN 052152735X.
- 2005년 노벨 물리학상
추가 정보
- L. Mandel, E. Wolf 광학적 일관성과 양자 광학 (Cambridge 1995).
- D. F. Walls 및 G. J. Milburn 양자 광학 (스프링어 1994).
- 크리스핀 가디너와 피터 졸러, Quantum Noise (Springer 2004).
- H.M. Moya-Cessa와 F.Soto-Eguibar, 양자광학개론 (Rinton Press 2011).
- M.O. 스컬리 및 M.S. 주바리 양자광학(1997년 Cambridge.
- W. P. Schleich Quantum Optics in Phase Space (Wiley 2001).
- Kira, M.; Koch, S. W. (2011). Semiconductor Quantum Optics. Cambridge University Press. ISBN 978-0521875097.
- F. J. Duarte (2014). Quantum Optics for Engineers. New York: CRC. ISBN 978-1439888537.
외부 링크
- 광장의 양자광학개론
- Rüdiger Paschotta의 양자 광학(특히 레이저의 양자 노이즈)에 관한 내용을 포함한 레이저 물리 및 테크놀로지 백과사전.
- Qwiki - 양자 물리학을 실천하기 위한 기술 자원을 제공하기 위한 양자 물리 위키입니다.
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