Kuantum optiği
Tarihi

Boşlukta ilerleyen ışığın momentumu ve enerjisi foton olarak bilinen parçacıkların tam katı olacak şekildedir. Kuantum optiği, ışığın birimini foton alıp doğasını ve etkilerini ona göre inceler. Bu kavrayışı mümkün kılan ilk önemli gelişme Max Planck'in 1899'da ortaya koyduğu kara cisim ışıma spektrumunun, ışığın enerjisinin belirli katlarda olması gerektiği hipotezi üzerine doğru modellemesinin yapılmasıydı. Fotoelektrik etkisi Einstein'ın kendisine 1921'de Nobel ödülü kazandıran 1905'te yazdığı makaledeki gibi bu katlanma olayının bir diğer kanıtıdır. Niels Bohr kendi teorisindeki atomların enerji seviyelerinin de belirli katlar şeklinde olması ve özellikle hidrojenin emisyon spektrumunun, optik ışıma hipotezinin de belirli katlar şeklinde olmasına karşılık geldiğini göstermiştir. Bu gelişmelerden sonra ışığın ve maddenin etkileşimini anlamak kuantum mekaniğini bütün olarak anlamak için çok önemlidir. Fakat, kuantum mekaniğinin madde-ışık etkileşimini inceleyen alt bilim alanları aslında ışıktan daha çok madde üzerine bir araştırma gibi kabul edilir. Bu yüzden 1960'larda genellikle atom fiziğinden ve kuantum elektroniğinden daha çok bahsedilirdi. Lazer fiziği, yani bu cihazların çalışma ilkeleri, tasarımları ve uygulamaları- önemli bir alan haline geldi ve lazerin çalışma ilkelerinin altında yatan kuantum mekanikleri artık ışığın özelliklerine daha çok önem verilerek inceleniyor ve kuantum optiği ismi artık bir gelenek haline geldi.
Lazer fiziği sağlam teorik temellere ihtiyaç duyduğu için ve ayrıca bunların araştırılması yararlı olduğunu kısa zamanda gösterdiği için, kuantum optiğine olan ilgi kat kat arttı. Dirac'ın kuantum alan teorisini takip eden George Sudarshan, Roy J. Glauber ve Leonard Mandel 1950 ve 1960'larda kuantum teorisini elektromanyetik alanlarda uygulayarak ışığın foto tespitinin ve istatistiğinin (ahenk derecesine bakınız) daha detaylı anlaşılmasını sağladı. Bu da uyum durumunun ışığın elektromanyetik alanların dalgaları klasik şekilde açıklamayla tamamen anlaşılamayacağı fark edilince, lazer ışığı, termal ışık ve egzotik sıkıştırılmış haller vs. arasındaki değişiklikleri ilgilendiren bir kavram olarak tanıtılmasına yol açtı. 1977'de Kimble ve diğerlerinin tek atomun her seferinde tek foton yayımladığını göstermesi üzerine ışığın fotonlardan oluştuğuna dair daha ilgi çekici kanıtlar bulundu. Işığın önceden bilinmeyen klasik hallere benzemeyen kuantum halleri, örneğin sıkıştırılmış ışık da sonradan keşfedilmiş oldu.
Kısa ve aşırı kısa lazer atımlarının gelişimi – Q atımı ve model kilidi teknikleriyle oluşturuldu- süper hızlı işlem olarak bilinen çalışma alanının yolunu açtı. Katı hal araştırma uygulamaları (Raman spektroskopisi) bulundu ve ışığın madde üzerindeki mekanik kuvvetleri çalışıldı. İkinci olarak bahsettiğimiz, ışığın madde üzerindeki mekanik etkisi, atom bulutlarının hatta küçük biyolojik örneklerin lazer ışın demetiyle optik tuzaklarla veya optik cımbızlarla havaya kaldırıp konumlandırılmasını sağladı. Bu ve beraberinde Doppler soğutması, meşhur Bose-Einstein yoğunlaşmasını gerçekleştirebilmek için gerekli olan teknolojinin en önemli parçalarından biridir.
Diğer önemli başarılar da kuantum dolanıklığı, kuantum ışınlanması ve kuantum mantık kapılarıdır. Kuantum mantık kapıları, bir parça kuantum optiğinden bir parça da bilgisayar biliminden türemiş kuantum bilgi kuramının önemli ilgi alanıdır.
Kuantum fizikçileri arasında bugünün ilgi alanları parametrik dönüşümü, parametrik salınım, daha da kısa(attosaniye) atımlar, kuantum bilgi kuramında kuantum optiğinin kuantum optiğinin kullanılışı, atomların tek olarak işlenmesi, Bose-Einstein yoğunlaşması, uygulamaları ve nasıl kullanılacağı (atom optiği olarak da bilinen alt dal) uyumlu mükemmel emiciler ve daha fazlası üzerinedir. Kuantum optiği özellikle mühendislik ve teknolojik gelişime uygulamaları altında tanımlanan başlıklar bugünlerde genellikle fotonik olarak adlandırılır.
Kuantum optiği üzerine çalışmalar için birçok Nobel ödülü verilmiştir. Bunlardan birkaçı:
-2012'de Serge Haroche ve David J. Wineland’in ‘’birbirinden ayrı kuantum sistemleri ölçülendirilmesi ve kullanılmasına olanak veren çığır açıcı deneysel yöntemler’'
-2005'te Theodor W. Hänsch, Roy J. Glauber ve John L. Hall’a.