Квантовые переходы представляют собой дискретные изменения состояния квантовых систем, происходящие как спонтанно, так и под воздействием внешних факторов, таких как электромагнитное излучение. Системы в таких состояниях определяются энергетическими уровнями E1, E2 и так далее. При переходе из более высокого энергетического уровня на более низкий, система теряет энергию, а при обратном переходе — получает её. Основным параметром квантовых переходов является их вероятность, которая выражается числом переходов между уровнями за единицу времени. Различают излучательные и безызлучательные переходы[1].
Излучательные переходы включают эмиссию или поглощение фотона, что зависит от направления перехода между уровнями. Энергия фотона, определяемая как hv (где h — постоянная Планка, v — частота), соответствует разнице между энергетическими уровнями. Спектр излучения формируется за счет переходов с возбужденных уровней на более низкие, а спектр поглощения — с нижних уровней на верхние. Спонтанные излучательные переходы происходят самопроизвольно, в то время как вынужденные — под действием внешнего электромагнитного поля. Правила отбора определяют возможность излучательных переходов между определёнными уровнями, при этом разрешённые переходы поддерживают процессы, такие как работа лазеров[1].
Безызлучательные переходы происходят без эмиссии фотонов, когда система взаимодействует с другими системами, например, с внутрикристаллическим полем или частицами плазмы. Такое взаимодействие позволяет системам обмениваться энергией на микроскопическом уровне, что может включать передачу энергии через фононы или плазмоны[1].
Время жизни возбуждённого уровня обратно пропорционально сумме вероятностей всех возможных переходов с этого уровня. Квантовая эффективность, отражающая относительную вероятность излучательных переходов при наличии безызлучательных, может значительно варьироваться, определяя тем самым режим работы системы, например, в режиме гашения спонтанного излучения[1].