Técnicas para manipular la luz a nivel cuántico, incluyendo la extracción del vacío y la emisión molecular.El control de la luz cuántica se refiere al conjunto de técnicas para manipular la luz a nivel de fotones individuales, donde la naturaleza cuántica del campo electromagnético se vuelve directamente observable. Esto incluye generar fotones individuales bajo demanda, comprimir la luz para reducir el ruido en una observable a costa de aumentarlo en otra, e incluso extraer fotones del vacío, el estado fundamental cuántico del campo. También abarca el control de cómo las moléculas emiten luz, como dar forma al espectro de emisión o a la dirección mediante electrodinámica cuántica de cavidades.
Los fundamentos teóricos se establecieron en las décadas de 1960 y 1970, con Roy Glauber formalizando la coherencia cuántica y la primera luz comprimida producida en 1985 por Richard Slusher y sus colegas en los Laboratorios Bell. El efecto Casimir dinámico se observó experimentalmente por primera vez en 2011 por Chris Wilson y sus colaboradores.
En el corazón del control de la luz cuántica está la capacidad de preparar y medir estados cuánticos específicos del campo electromagnético. Las fuentes de fotones individuales utilizan emisores cuánticos como átomos, puntos cuánticos o centros de defecto en cristales que emiten un fotón a la vez. La luz comprimida se produce mediante cristales ópticos no lineales que correlacionan pares de fotones, reduciendo las fluctuaciones cuánticas en una cuadratura. La emisión desde el vacío puede ser estimulada cambiando rápidamente las condiciones de contorno, el efecto Casimir dinámico, donde espejos en movimiento o circuitos superconductores convierten fotones virtuales en reales. La electrodinámica cuántica de cavidades utiliza cavidades ópticas de alta fineza para potenciar o suprimir la emisión espontánea, dando a los experimentadores control sobre cómo y cuándo una molécula libera su energía como luz.
El control de la luz cuántica sustenta la criptografía cuántica, la distribución de claves cuánticas y la computación cuántica fotónica, donde los fotones individuales sirven como qubits voladores, y la luz comprimida mejora la sensibilidad de los detectores de ondas gravitacionales como LIGO.
El vacío no está realmente vacío: está repleto de fotones virtuales que pueden ser convertidos en reales cambiando rápidamente la velocidad de un espejo, un efecto predicho por primera vez por Gerald Moore en 1970.
| L | variable | Luminosity (total power emitted) — luminosidad watt |
| R | variable | Radius of the emitting region — radio metre |
| n | variable | Number density of particles — number density per cubic metre |
| γ | variable | Lorentz factor of the particles — factor de lorentz |
| m | variable | Particle rest mass — masa kilogram |
| c | constante | Speed of light in vacuum, the maximum speed for any particle. — velocidad de la luz = 299792458 metre per second |
| dN/dE | variable | Differential number of particles per energy interval — particle spectrum joule per joule |
| E | variable | Particle energy — energía joule |
| alpha | variable | Spectral index of the power law |
| E_cut | variable | Cutoff energy — energía joule |
