Quantum Optics

Im letzten Jahrzehnt hat die Quantenoptik eine stürmische Entwicklung erfahren, mit einer Fülle von konzeptuellen Erweiterungen, neuartigen Fragestellungen, technologischen Fortschritten und unerwartet sich ergebenden Verbindungen zu anderen Bereichen der Physik. Das Buch „Quantum Optics“ von Girish Agarwal greift viele dieser Entwicklungen auf und bietet mit profunder Kenntnis einen Überblick über weite Teile der aktuell diskutierten Themen, häufig mit enger Anbindung an bereits existierende Experimente. Vieles davon geschieht aus dem Blickwinkel des unmittelbar Beteiligten: Der Verfasser, ein weltweit anerkannter Theoretiker auf dem Gebiet der Quantenoptik und Autor von mehr als 600 Artikeln, hat auf vielen der in dem Buch behandelten Gebieten mit eigenen Beiträgen teils wesentlich zu deren Weiterentwicklung beigetragen. Wohl nur wenige Quantenoptiker können mit einem derart breiten Hintergrund auf­warten.

Vielen dürfte der Autor bereits durch seine anspruchsvolle und mittlerweile klassische Monographie (G. S. Agarwal, Quantum Statistical Theories of Spontaneous Emission and Their Relation to Other Approaches, Springer (1974)) bekannt sein, aus der viele theoretische Quantenoptiker gelernt haben. Es wendet sich jedoch überwiegend an den fortgeschrittenen Theoretiker. Demgegenüber hat das aktuelle Buch einen sehr viel größeren Leserkreis vor Augen. Es zielt in etwa auf Master-Studierende im ersten Jahr, nachdem sie die Kurse in Quantenmechanik und klassischer Elektrodynamik gehört haben. Ebenso wird es jedoch für Doktoranden, Postdocs und Forscher von Gewinn sein, die sich einen Überblick verschaffen oder mit einem Thema eingehender beschäftigen möchten.

Das Buch ist grob in zwei Teile eingeteilt. Nach einer kurzen Einleitung in die fundamentalen Prinzipien diskutiert der erste Teil Aspekte des quantisierten Strahlungsfeldes wie die Erzeugung und Charakterisierung von verschränkten Quantenzuständen, Ein- und Zwei-Photonen-Interferometer, Lichtzustände mit orbitalem Drehimpuls oder Quantenrauschen bei Verstärkung. Der zweite Teil behandelt die Wechselwirkung von Licht mit Materie auf mikroskopischer Ebene. Hier werden Resonator-Quantenelektrodynamik, dissipative Prozesse, elektromagnetisch induzierte Transparenz oder die Folgen der Messung des Strahlungsfeldes auf die Lichtquelle ­behandelt.

Der Fokus liegt vor allem auf den neuesten Themenfeldern, die für die weitere Entwicklung der Quantenoptik als wichtig angesehen werden. So werden Optomechanik, Optik auf dem Chip, Quantenzufallsbewegung oder die Kontrolle von Dehohärenz diskutiert. Der Autor hat dabei den Anspruch, die Themen präzise und dennoch eingänglich zu präsentieren. Dies gelingt häufig durch unerwartet elegante Zugänge, welche die Mathematik auf ein Minimum reduzieren und die Physik in den Vordergrund rücken. Was Breite und Tiefe angeht, ist dieses Buch über Quantenoptik wohl mit wenigen anderen zu vergleichen.

Prof. Dr. Joachim von Zanthier, Institut für Optik, Information und Photonik, Universität Erlangen-Nürnberg