Квантовое взаимодействие света и вещества изучает, как квантовые системы управляют светом и контролируют его для таких приложений, как квантовые сети.Квантовое взаимодействие света и вещества изучает, как квантовые системы — атомы, молекулы или твердотельные устройства — обмениваются энергией и информацией со светом на квантовом уровне. Эта область лежит в основе таких технологий, как квантовые сети, где фотоны переносят квантовую информацию между удаленными узлами, и квантовые сенсоры, использующие запутанность света и вещества. Она также объясняет фундаментальные явления, такие как спонтанное излучение и лэмбовский сдвиг.
Квантовая теория взаимодействия света и вещества была разработана в 1920–1940-х годах Дираком, Ферми и другими, что привело к созданию КЭД. Концепция сильной связи была экспериментально реализована в квантовой электродинамике резонаторов в 1990-х годах.
В своей основе это взаимодействие описывается квантовой электродинамикой (КЭД), где свет квантуется в фотоны, а вещество — в дискретные энергетические уровни. Когда фотон соответствует энергетическому переходу в атоме, он может быть поглощен или испущен, причем этот процесс подчиняется вероятностным законам. В режимах сильной связи система может перейти в состояние, где свет и вещество когерентно обмениваются энергией, образуя гибридные квазичастицы, называемые поляритонами.
Используется в квантовых повторителях для дальней квантовой связи, в источниках одиночных фотонов для криптографии и в установках квантовой электродинамики резонаторов для обработки квантовой информации.
В явлении, называемом «вакуумное расщепление Раби», даже один атом в резонаторе может расщепить пучок света на две различные частоты, раскрывая квантовую природу взаимодействия.
