Kvantová optika, metrologie, snímání a zobrazování

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra aplikované matematiky

Anotace:

Studenti jsou seznámeni s úvodem do kvantové teorie světla a souvisejících základních principů s důrazem na praktické aspekty. Získají teoretické a experimentální základy pro vývoj specificky kvantově-mechanických přístupů k metrologii a zobrazování v oblasti kvantové informatiky a komunikací. Mezi konkrétní diskutované problémy patří elementární procesy s fotony (absorpce, emise, stimulovaná emise), interference, provázání, neklasické jevy s fotony, metody potlačení optických aberací a disperze. Jednotlivé techniky jsou vysvětleny teoreticky a také s využitím experimentů, které demonstrují tyto principy v praxi.

Požadavky:

Osnova přednášek:

1. Úvod do kvantové optiky.

2. Elementární kvantově optické procesy.

3. Kvantové provázání, korelace, detekce a kvantifikace.

4. Lineární a nelineární optické prvky.

5. Klasická a kvantová interferometrie.

6. Potlačení aberací a disperze.

7. Barevná a polarizační vidová disperze.

8. Kvantové metrologie, kalibrační zdroje a detektory.

9. Kvantová optická koherentní tomografie, měření frekvence, fáze a další aplikace.

10. Kvantové zobrazování (dvoufotonové zobrazování, ghost imaging).

11. Výpočetní a komprimované snímání.

12. Potlačení aberací v kvantovém zobrazování.

13. Kvantová holografie, kvantová mikroskopie, kvantové radary, aplikace.

Osnova cvičení:

1. Vlastnosti fotonů, absolutně černé těleso a fotoelektrický jev

2. Elementární kvantově optické procesy

3. Dělič svazku, detekce kvantového světla, interferometrie

4. Klasická a kvantová korelace

5. Nelineární optické prvky, dvojice fotonů, Hong-Ou-Mandelův efekt

6. Potlačení aberací v interferometrii

7. Klasické a kvantové měření polarizační vidové disperze

8. Kvantová elipsometrie

9. Kvantová optická koherentní tomografie

10. Klasický a kvantový ghost imaging

11. Komprimované snímání v kvantovém zobrazování

12. Korelované čítání fotonů

13. Klasická a kvantová holografie, kvantový radar

Cíle studia:

Studenti jsou seznámeni s úvodem do kvantové teorie světla a souvisejících základních principů s důrazem na praktické aspekty. Získají teoretické a experimentální základy pro vývoj specificky kvantově-mechanických přístupů k metrologii a zobrazování v oblasti kvantové informatiky a komunikací. Mezi konkrétní diskutované problémy patří elementární procesy s fotony (absorpce, emise, stimulovaná emise), interference, provázání, neklasické jevy s fotony, metody potlačení optických aberací a disperze. Jednotlivé techniky jsou vysvětleny teoreticky a také s využitím experimentů, které demonstrují tyto principy v praxi.

Studijní materiály:

1. Shih, Y.: An Introduction to Quantum Optics: Photon and Biphoton Physics

Taylor & Francis 2020

ISBM 9781003130604, https://doi.org/10.1201/9781003130604

2. Simon, D. S., Jaeger G., Sergienko, A. V.: Quantum Metrology, Imaging, and Communication

Springer 2017

ISBM 9783319465494

3. Djordjevic, I. B.: Quantum Communication, Quantum Networks, and Quantum Sensing

Elsevier 2022

ISBM 9780128229422

4. Paul, H.: Introduction to quantum optics: from light quanta to quantum teleportation

Cambridge University Press 2004

ISBM 9780511616754

Poznámka:

Výuka předmětu probíhá v českém jazyce.

Další informace:

https://moodle.fel.cvut.cz/course/view.php?id=8704

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Kvantová informatika (povinně volitelný předmět)