Luz que exhibe propiedades estadísticas no clásicas, como el agrupamiento de fotones.La luz cuántica se refiere a la luz cuyas propiedades estadísticas no pueden describirse mediante la teoría electromagnética clásica. En la física clásica, la luz es una onda cuya intensidad puede variar de manera continua, y sus estadísticas de fotones siguen una distribución de Poisson para fuentes coherentes como los láseres. Sin embargo, la luz cuántica exhibe características no clásicas como el agrupamiento de fotones (donde los fotones llegan en grupos más a menudo que al azar) o el antiagrupamiento (donde los fotones llegan más espaciados uniformemente). Estos comportamientos surgen de la naturaleza cuántica del campo electromagnético, donde los fotones son partículas discretas que pueden estar correlacionadas o entrelazadas.
El concepto de agrupamiento de fotones fue predicho por primera vez por Roy Glauber en 1963, quien desarrolló la teoría cuántica de la coherencia óptica. Hanbury Brown y Twiss habían observado antes correlaciones de intensidad en 1956, que luego se entendieron como un efecto clásico, pero el formalismo de Glauber distinguió la luz clásica de la cuántica.
El estado cuántico de la luz se describe mediante una matriz de densidad o una función de onda en el espacio de Fock, donde cada modo tiene un número definido de fotones. El agrupamiento de fotones ocurre en la luz térmica, donde los fotones tienden a llegar juntos debido a la estadística de Bose-Einstein. El antiagrupamiento, observado en fuentes de fotón único, resulta del hecho de que un átomo de dos niveles solo puede emitir un fotón a la vez. Estas estadísticas se miden mediante funciones de correlación de segundo orden, que comparan la probabilidad de detectar dos fotones simultáneamente versus en momentos diferentes.
La luz cuántica es esencial para la criptografía cuántica, la computación cuántica y la metrología cuántica, donde las correlaciones no clásicas permiten comunicación segura y mediciones de precisión más allá de los límites clásicos.
Una fuente de fotón único emite luz que exhibe antiagrupamiento, lo que significa que la probabilidad de detectar dos fotones exactamente al mismo tiempo es cero, un comportamiento imposible para cualquier fuente de luz clásica.
