La óptica cuántica es un campo de física cuántica que trata específicamente con la interacción de fotones con la materia El estudio de fotones individuales es crucial para comprender el comportamiento de las ondas electromagnéticas en su conjunto.
Para aclarar exactamente lo que esto significa, la palabra "cuántico" se refiere a la cantidad más pequeña de cualquier entidad física que pueda interactuar con otra entidad. La física cuántica, por lo tanto, se ocupa de las partículas más pequeñas; Estas son partículas subatómicas increíblemente pequeñas que se comportan de maneras únicas.
La palabra "óptica", en física, se refiere al estudio de la luz. Los fotones son las partículas más pequeñas de luz (aunque es importante saber que los fotones pueden comportarse como partículas y ondas).
Desarrollo de la óptica cuántica y la teoría fotónica de la luz.
La teoría de que la luz se movía en paquetes discretos (es decir, fotones) se presentó en el artículo de 1900 de Max Planck sobre la catástrofe ultravioleta en
radiación de cuerpo negro. En 1905, Einstein amplió estos principios en su explicación del efecto fotoeléctrico para definir la teoría fotónica de la luz.La física cuántica se desarrolló durante la primera mitad del siglo XX en gran medida a través del trabajo sobre nuestra comprensión de cómo interactúan e interrelacionan los fotones y la materia. Esto fue visto, sin embargo, como un estudio del asunto involucrado más que la luz involucrada.
En 1953, se desarrolló el maser (que emitía microondas coherentes) y en 1960 el láser (que emitió luz coherente). A medida que la propiedad de la luz involucrada en estos dispositivos se volvió más importante, la óptica cuántica comenzó a usarse como el término para este campo de estudio especializado.
Recomendaciones
La óptica cuántica (y la física cuántica en su conjunto) considera que la radiación electromagnética viaja en forma de onda y partícula al mismo tiempo. Este fenómeno se llama dualidad onda-partícula.
La explicación más común de cómo funciona esto es que los fotones se mueven en una corriente de partículas, pero el comportamiento general de esas partículas está determinado por un función de onda cuántica eso determina la probabilidad de que las partículas se encuentren en una ubicación determinada en un momento dado.
Tomando los hallazgos de la electrodinámica cuántica (QED), también es posible interpretar la óptica cuántica en forma de creación y aniquilación de fotones, descrita por operadores de campo. Este enfoque permite el uso de ciertos enfoques estadísticos que son útiles para analizar el comportamiento de la luz, aunque representa lo que está ocurriendo físicamente es un tema de debate (aunque la mayoría de la gente lo ve solo como un útil matemático modelo).
Aplicaciones
Los láseres (y los másers) son la aplicación más obvia de la óptica cuántica. La luz emitida por estos dispositivos está en un estado coherente, lo que significa que la luz se parece mucho a una onda sinusoidal clásica. En este estado coherente, la función de onda mecánica cuántica (y, por lo tanto, la incertidumbre mecánica cuántica) se distribuye por igual. La luz emitida por un láser es, por lo tanto, altamente ordenada y generalmente limitada al mismo estado de energía (y, por lo tanto, la misma frecuencia y longitud de onda).