Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Elementy optyki kwantowej
Tok studiów:
2018/2019
Kod:
JIS-2-025-AD-s
Wydział:
Fizyki i Informatyki Stosowanej
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
Modelowanie i analiza danych
Kierunek:
Informatyka Stosowana
Semestr:
0
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Strona www:
Osoba odpowiedzialna:
dr Czapliński Wilhelm (czaplinski@fis.agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
dr Czapliński Wilhelm (czaplinski@fis.agh.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

Przedstawiam m.in. kwantowanie swobodnego pola elektromagnetycznego, opis absorpcji i emisji promieniowania przez atom, omawiam nieklasyczne stany światła i kwantową teleportację.

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń)
Wiedza
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 światła, i podstawowymi doświadczeniami elektrodynamiki kwantowej. IS2A_W07, IS2A_U02, IS2A_K01, IS2A_U03, IS2A_W08, IS2A_U08, IS2A_U04, IS2A_W03 Egzamin
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. IS2A_W03 Egzamin
Umiejętności
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 oraz emisji spontanicznej fotonu. IS2A_U08, IS2A_U04 Aktywność na zajęciach
M_U002 Student ma szansę zdobyć umiejętność matematycznegio opisu nieklasycznych pól elektromagnetycznych: antygrupowanie fotonów, stanów typu "kota Schroedingera", stanów ściśniętych próżni. IS2A_U04 Aktywność na zajęciach
Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Inne
E-learning
Wiedza
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 światła, i podstawowymi 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. + + - - - - - - - - -
Umiejętności
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 oraz emisji spontanicznej fotonu. + + - - - - - - - - -
M_U002 Student ma szansę zdobyć umiejętność matematycznegio opisu nieklasycznych pól elektromagnetycznych: antygrupowanie fotonów, stanów typu "kota Schroedingera", stanów ściśniętych próżni. + + - - - - - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:
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.

Ćwiczenia audytoryjne:
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.

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 115 godz
Punkty ECTS za moduł 4 ECTS
Przygotowanie do zajęć 50 godz
Udział w wykładach 30 godz
Udział w ćwiczeniach audytoryjnych 30 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 5 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

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

Wymagania wstępne i dodatkowe:

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

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

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”

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

Nie posiadam publikacji związanych z tematyką przedmiotu.

Informacje dodatkowe:

Sposób odrobienia zaległości spowodowanych nieobecnością na ćwiczeniach rachunkowych:
W razie nieobecności na trzech (lub więcej) kolejnych zajęciach student powinien zaliczyć zaległy materiał ustnie lub pisemnie.
Student ma prawo do jednej nieusprawiedliwionej nieobecności na ćwiczeniach rachunkowych.