Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Introduction to quantum optics
Course of study:
2016/2017
Code:
JFT-2-049-s
Faculty of:
Physics and Applied Computer Science
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Technical Physics
Semester:
0
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
dr Czapliński Wilhelm (czaplinski@fis.agh.edu.pl)
Academic teachers:
dr Czapliński Wilhelm (czaplinski@fis.agh.edu.pl)
Module summary

W ramach przedmiotu przedstawiam studentom podstawy optyki kwantowej.

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Skills
M_U001 Student ma szansę zdobyć umiejętność obliczania przekrojów czynnych na takie zjawiska z udziałem pojedynczych fotonów jak: efekt Comptona na elektronie związanym w atomie, prawdopodobieństwo absorbcji fotonu oraz emisji spontanicznej. praktycznego posługiwania aparatem matematycznym wykorzystywanym w teorii molekuł dwuatomowych. Activity during classes
M_U002 Student ma szansę zdobyć umiejętność matematycznegio opisu nieklasycznych pól elektromagnetycznych: antygrupowanie fotonów, stanów typu "kota Schroedingera", stanów ściśniętych próżni. Activity during classes
Knowledge
M_W001 Student ma szansę zapoznania się z aparatem matematycznym drugiej kwantyzacji na przykładzie swobodnego pola elektromagnetycznego, opisu oddziaływania kwantowego pola elektromagnetycznego z atomem, działaniem spliterów swiatła, i podstatwowymi doświadczeniami elektrodynamiki kwantowej. FT2A_W01, FT2A_W03, FT2A_U04, FT2A_U02, FT2A_K03 Examination
M_W002 Student ma szansę zdobycia podstawowej wiedzy na temat stanów koherentnych zbioru fotonów oraz ich opisu w przestrzeni fazowej, kwantowych funkcji koherencji, kwantowej teleportacji i kondensatu Bosego-Einsteina. FT2A_W01, FT2A_W03, FT2A_W02 Examination
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Others
E-learning
Skills
M_U001 Student ma szansę zdobyć umiejętność obliczania przekrojów czynnych na takie zjawiska z udziałem pojedynczych fotonów jak: efekt Comptona na elektronie związanym w atomie, prawdopodobieństwo absorbcji fotonu oraz emisji spontanicznej. praktycznego posługiwania aparatem matematycznym wykorzystywanym w teorii molekuł dwuatomowych. + + - - - - - - - - -
M_U002 Student ma szansę zdobyć umiejętność matematycznegio opisu nieklasycznych pól elektromagnetycznych: antygrupowanie fotonów, stanów typu "kota Schroedingera", stanów ściśniętych próżni. + + - - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Student ma szansę zapoznania się z aparatem matematycznym drugiej kwantyzacji na przykładzie swobodnego pola elektromagnetycznego, opisu oddziaływania kwantowego pola elektromagnetycznego z atomem, działaniem spliterów swiatła, i podstatwowymi doświadczeniami elektrodynamiki kwantowej. + + - - - - - - - - -
M_W002 Student ma szansę zdobycia podstawowej wiedzy na temat stanów koherentnych zbioru fotonów oraz ich opisu w przestrzeni fazowej, kwantowych funkcji koherencji, kwantowej teleportacji i kondensatu Bosego-Einsteina. + + - - - - - - - - -
Module content
Lectures:
Elementy optyki kwantowej

1. Kwantowanie swobodnego pola elektromagnetycznego:
a) Kwantowy opis fluktuacji pola jednomodowego.
b) Termiczne pole elektromagnetyczne.
c) Faza kwantowa.

2. Stany Glaubera:
a) Generowanie stanów koherentnych i ich opis w przestrzeni fazowej.
b)Operatory gęstości i rozkłady prawdopodobieństwa w przestrzeni fazowej.

3. Kwantowy opis absorpcji i emisji promieniowania elektromagnetycznego przez atomy:
a) Model Rabi’ego.
b) Model Jaynes’a-Cummings’a i stany ubrane.
c) Rozkład Schmidta i entropia von Neumanna dla modelu Jaynes’a-Cummings’a.

4. Kwantowe funkcje koherencji.

5. Mechanika kwantowa spliterów światła.

6. Nieklasyczne stany światła.

7. Oddziaływania dysypatywne i dekoherencja.

8. Eksperymenty QED z uwięzionymi jonami we wnęce:
a) Atomy rydbergowskie oddziałujące z polem elektromagnetycznym wnęki.
b) Eksperymentalna realizacja modelu Jaynes’a-Cummings’a.
c) Tworzenie stanów splątanych dwóch atomów.
d) Realizacja stanów kota Schroedingera i ich dekoherencja.

9. Kwantowa teleportacja.

10. Elementy teorii kondensatu Bosego-Einsteina.

Auditorium classes:
Elementy optyki kwantowej

1. Rachunki szczegółowe i niektóre wyprowadzenia dotyczące powyższych punktów wykładu.
2. Rozwiązywanie zadań stanowiących ilustracje do wykładanej teorii.
3. W ramach ćwiczeń rachunkowych student powinien przygotować jeden referat na temat związany z wykładem w oparciu o sugerowaną literaturę.

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 115 h
Module ECTS credits 4 ECTS
Preparation for classes 50 h
Participation in lectures 30 h
Participation in auditorium classes 30 h
Realization of independently performed tasks 5 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Ocena końcowa jest średnią arytmetyczną oceny z ćwiczeń rachunkowych i oceny z egzaminu.

Student ma prawo do jednej nieusprawiedliwionej nieobecności na ćwiczeniach rachunkowych.

Prerequisites and additional requirements:

• Znajomość podstaw algebry i analizy matematycznej (w tym rachunku różniczkowego i całkowego) oraz mechaniki kwantowej – wszystko w zakresie zgodnym z programem studiów.

Recommended literature and teaching resources:

1. W.P. Schleich, "Quantum optics in phase space "
2. C.C. Gerry, P.L. Knight, “Wstęp do optyki kwantowej”
3. M. Fox, “Quantum optics – an introduction”
4. O. Alter, Y. Yamamoto, “Quantum Measurements of a Single System”

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

http://bpp.agh.edu.pl/autor/czaplinski-wilhelm-01591

Additional information:

Sposób odrobienia zaległości spowodowanych nieobecnością na ćwiczeniach rachunkowych:
W razie nieobecności na co najmniej trzech kolejnych zajęciach student powinien zaliczyć zaległy materiał ustnie lub pisemnie.