Optical Precursors: From Classical Waves to Single Photons

از زمان نسبیت خاص اینشتین در سال 1905، اصل سرعت ثابت نور در خلاء توجه طیف وسیعی از رشته ها را به خود جلب کرده است. چگونه اصل سرعت نور را تفسیر کنیم؟ آیا نور به نور پیوسته اطلاق می شود یا پالس نور با مرزهای مشخص؟ کشف اخیر محیط ابر نوری بحث های شدیدی را در جامعه فیزیک به راه انداخت. آیا ارتباط از طریق چنین "کانال ابر نوری" می تواند محدودیت سرعت را بشکند و در نتیجه اصل علیت را نقض کند؟ یا، آیا یک فوتون منفرد، که قوانین کلاسیک فیزیک بر آن حاکم نیست، تمایل به شکستن محدودیت سرعت دارد؟ برای حل این مشکلات، این خلاصه پیش‌سازهای نوری را ارائه می‌کند که کارهای نظری آن از اوایل سال 1914 آغاز شد. این یک پدیده نوری معمولی است که نظریه انتشار موج و برهمکنش موج نور را ترکیب می‌کند. هم آثار تئوری و هم کارهای تجربی در این مختصر پوشش داده شده است. مطالعه پیش ساز تأیید می کند که اطلاعات مؤثری که توسط پالس های نور حمل می شود هرگز نمی تواند از سرعت نور در خلاء تجاوز کند. علاوه بر این، از طریق مشاهده از منبع تک فوتون غیرکلاسیک، پیش ساز احتمال حرکت یک فوتون منفرد با سرعت، شکستن حد کلاسیک را رد می کند.

Ever since Einstein’s special relativity in 1905, the principle of invariant light speed in vacuum has been attracting attention from a wide range of disciplines. How to interpret the principle of light speed? Is light referred to continuous light, or light pulse with definite boundaries? Recent discovery of superluminal medium triggered vigorous discussion within the Physics community. Can communication via such “superluminal channel” break the speed limit and thus violate causality principle? Or, will a single photon, which is not governed by classical laws of Physics, tend to break the speed limit? To solve these problems, this Brief brings in Optical Precursors, the theoretical works for which started as early as 1914. This is a typical optical phenomenon combining wave propagation theory and light-wave interaction. Both theory and experimental works are covered in this Brief. The study of precursor verifies that the effective information carried by light pulses can never exceed the speed of light in vacuum- c. Further, through observation from nonclassical single photon source, the precursor rules out the probability of a single photon traveling with the speed, breaking the classical limit.