kvanttioptikka

Kvanttioptikka on fysiikan ala, joka tutkii valon kvanttivaikutuksia sekä kvanttijärjestelmien hallintaa ja mittaamista. Photoni on keskeinen kvanttiviestinnän ja kvanttitekniikan kantaja, ja fotonin tilat voivat olla superpositsiossa sekä muodostaa kvanttiyhteyksiä toisiin tiloihin interferenssin avulla. Yleisimmät kvanttitilatyypit ovat Fock-tilat, koherentit tilat ja puristetut tilat.

Kvanttioptikka kattaa sekä teorian että kokeellisen tekniikan, kuten yksittäisten fotonien lähteet, fotonidetektoijat sekä lineaarisen optiikan komponentit kuten beam splitterit ja interferometrit. Integoitu photonics sekä nanofotoniset rakenteet mahdollistavat kvanttipiirien rakentamisen pienikokoisissa laitteissa. Tärkeä osa on fotonien kvanttinterferenssi ja tilojen entanglement; esimerkkinä Hong–Ou–Mandelin interferenssi, joka osoittaa fotonien identtisyydelle perustuvan ilmiön.

Kvanttioptikan keskeisiä sovelluksia ovat kvanttiviestintä, erityisesti kvanttikoodaus (QKD); kvanttiväylän laskenta photonic qubitsien avulla; sekä kvanttimetriikka ja kuvantaminen, joiden avulla voidaan saavuttaa parempia mittaustarkkuuksia. Lisäksi kehittyy kvantti-imaging ja kvanttiset sensorointiratkaisut, jotka hyödyntävät tilojen epäklassisia ominaisuuksia.

Haasteina ovat fotonien häviöt ja decoherence sekä detektorien tehon ja tarkkuuden, teknisen monimutkaisuuden sekä skaalautuvuuden rajoitteet. Tutkimus etenee sekä perustan muodostumisen että sovellusten skaalaamisen suuntaan.