Под неклассическим светом, как может быть ясно из названия, понимается свет, наблюдаемые свойства которого не могут быть описаны в рамках классических представлений. Например, любое состояние поля с целым числом фотонов (однофотонное, двухфотонное и пр.) является неклассическим. Изучение статистических свойств света происходит путем исследования статистики фотоотсчетов детекторов (очень часто исследуются корреляции фотоотсчетов при совместной работе двух детекторов). Неклассичность света в таких экспериментах проявляет себя в изменении статистики фотоотсчетов: например, если для обычного (классического) света возможно наблюдение только так называемой "группировки" фотонов, когда регистрация фотона одним детектором увеличивает вероятность регистрации фотона другим детектором, то для неклассического света может наблюдаться противоположный эффект - "антигруппировка" фотонов, когда регистрация фотона одним детектором уменьшает вероятность регистрации фотона другим детектором.
Неклассические состояния света надо специальным образом приготовлять - вопреки распространенным представлениям однофотонные (двухфотонные и пр.) состояния поля вовсе не являются чем-то само собой разумеющимся. В частности, одной из важных для практических приложений задач является приготовление однофотонных состояний - создание источников одиночных фотонов .
Применения неклассического света. Неклассический свет привлекает внимание физиков не только как интересный объект исследования. Он оказывается очень полезным с точки зрения различных применений.
1. Двухфотонный свет используется для точной калибровки фотоприемников. Дело в том, что каждый фотоприемник неидеален, то есть срабатывает с вероятностью, меньшей 100%. Эта вероятность называется квантовой эффективностью фотоприемника. Калибровкой фотоприемника называют измерение его квантовой эффективности; прежде для этого использовались эталонные источники или приемники света, и это делало измерение не очень точным. Однако двухфотонный свет позволяет обойтись без таких эталонов. Действительно, если два фотоприемника регистрируют двухфотонный свет, то в идеале они всегда должны щелкать одновременно. В действительности же количество одновременных щелчков будет меньше количества щелчков любого из фотоприемников. Нетрудно понять, что поделив число одновременных щелчков на число щелчков одного из фотоприемников, мы получим квантовую эффективность второго фотоприемника.
2. Сжатый свет, как и двухфотонный свет, оказывается полезным при точных измерениях. Его использование позволяет уменьшить ошибки эксперимента, связанные с квантовой неопределенностью. Как известно, квантовые объекты чаще всего не имеют точно заданных параметров; их свойства можно назвать "размазанными", так же как "размазано" их положение. При особо точных измерениях, когда погрешности эксперимента сведены к минимуму, эта размазанность свойств становится принципиальным ограничением точности. Использование сжатого света позволяет обойти эту трудность и уменьшить размазанность, но лишь в определенные моменты времени.
3. Наконец, одно из недавно появившихся применений неклассического света - это секретная передача информации (квантовая криптография). Для надежного шифрования данных и численного моделирования в физике часто требуются длинные ряды случайных чисел. Но компьютеру настоящая случайность недоступна. Несмотря на то, что программные алгоритмы, называемые генераторами случайных чисел, используются повсеместно для кодирования данных, передаваемых через интернет, надежность такого метода все равно не абсолютна. Причина этого в том, что все физические процессы, лежащие в основе работы электроники, генерирующей случайные числа, подразумевают строгие причинно-следственные связи. Иными словами, результат любого физического процесса можно предсказать, обладая достаточным количеством данных о системе, в которой он происходит. Таким образом, зная модель кодирующего устройства и алгоритм кодирования, можно легко расшифровать данные.
Многие ученые в связи с этим пытались опереться на принцип неопределенности (индетерминизма) квантовых систем. Согласно квантовой механике, невозможно с уверенностью предсказать, как квантовая частица будет вести себя. Поэтому теоретически истинную случайность в двоичной системе могут обеспечить, скажем, два связанных фотона. Идея квантовой криптографии состоит в том, чтобы передавать информацию отдельными фотонами. Например, цифры 0 и 1 кодируются поляризацией фотонов: вертикально поляризованный фотон обозначает "0", а горизонтально поляризованный фотон - "1". Такая передача информации будет секретной, потому что ее нельзя "подслушать". Любой подслушиватель может лишь перехватить некоторые фотоны целиком , но перехваченные фотоны просто не будут участвовать в передаче информации! Поэтому информация, переданная отдельными квантами, надежно защищена от подслушивания.
