kvanttiphotoniikassa

Kvanttiphotoniikka on kvanttifysiikan ala, joka tutkii valon kvanttimekaanisia ominaisuuksia ja sen vuorovaikutusta aineen kanssa. Keskeinen käsite kvanttiphotoniikassa on fotoni, joka on valon ja sähkömagneettisen säteilyn alkeishiukkanen. Toisin kuin klassisessa fysiikassa, jossa valoa käsitellään jatkuvana aaltona, kvanttiphotoniikka kuvaa valoa diskreetteinä energiapaketteina eli fotoneina.

Tämä kvanttiluonne mahdollistaa ilmiöitä, joita ei voida selittää klassisella fysiikalla. Esimerkkejä tällaisista ilmiöistä ovat kvanttikietoutuminen ja superpositio. Kvanttikietoutumisessa kaksi tai useampi fotoni jakavat yhteisen kvanttitilan siten, että yhden fotonin mittaaminen vaikuttaa välittömästi muiden fotonien tilaan, riippumatta niiden välisestä etäisyydestä. Superpositiossa fotoni voi olla useassa tilassa samanaikaisesti, kunnes se mitataan.

Kvanttiphotoniikan sovellukset ovat laaja-alaisia ja kehittyvät nopeasti. Yksi merkittävimmistä on kvanttilaskenta, jossa fotoneja voidaan käyttää informaation käsittelyyn kvanttibittien eli kubittien muodossa. Kvanttitietoliikenne, kuten kvanttiavainten jakelu, hyödyntää kvantti-ilmiöitä erittäin turvallisen tiedonsiirron varmistamiseksi. Myös kvanttisensorit, jotka perustuvat fotonien herkkyyteen ympäristön muutoksille, ovat nopeasti kehittyvä sovellusalue. Lisäksi kvanttiphotoniikan tutkimus edistää perustieteellistä ymmärrystä valon ja aineen vuorovaikutuksesta monimutkaisemmissa järjestelmissä.