Kvantová optika, metrologie, snímání a zobrazování

Garant předmětu:

Aurél Gábor Gábris

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra aplikované matematiky

Anotace:

Students are given an introduction to the quantum theory of light and related fundamental principles with an emphasis on practical aspects. They acquire the theoretical and experimental foundations for the development of specifically quantum mechanical approaches to metrology and imaging in quantum computing and communications. Specific problems discussed include elementary processes with photons (absorption, emission, stimulated emission), interference, entanglement, non-classical phenomena with photons, methods of suppressing optical aberrations and dispersion. The various techniques are explained theoretically and also using experiments that demonstrate these principles in practice.

Požadavky:

Osnova přednášek:

1. Introduction to quantum optics.

2. Elementary quantum optical processes.

3. Quantum entanglement, correlation, detection and quantification.

4. Linear and non-linear optical elements.

5. Classical and quantum interferometry.

6. Aberration and dispersion suppression.

7. Color and polarization vision dispersion.

8. Quantum metrology, calibration sources and detectors.

9. Quantum optical coherence tomography, frequency, phase measurement and other applications.

10. Quantum imaging (two-photon imaging, ghost imaging).

11. Computational and compressed sensing.

12. Aberration suppression in quantum imaging.

13. Quantum holography, quantum microscopy, quantum radars, applications.

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:

Students are given an introduction to the quantum theory of light and related fundamental principles with an emphasis on practical aspects. They acquire the theoretical and experimental foundations for the development of specifically quantum mechanical approaches to metrology and imaging in quantum computing and communications. Specific problems discussed include elementary processes with photons (absorption, emission, stimulated emission), interference, entanglement, non-classical phenomena with photons, methods of suppressing optical aberrations and dispersion. The various techniques are explained theoretically and also using experiments that demonstrate these principles in practice.

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:

Předmět je vyučován v anglickém 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: