Kvantová optika 1

Garant předmětu:

Igor Jex

Přednášející:

Václav Potoček

Cvičící:

Václav Potoček

Předmět zajišťuje:

katedra fyziky

Anotace:

Předmět vychází ze znalostí klasické teorie optiky a buduje nad ní kvantovou optiku jakožto semiklasickou teorii vhodnou pro popis chování světla v interakci s makroskopickými i mikroskopickými objekty. Přednáška si klade za cíl vybudovat robustní teorii umožňující popisovat a předpovídat množství jevů a poskytnout praktické metody k výpočtům.

Požadavky:

Požadavky zápočtu: aktivní účast na cvičeních s příspěvkem předvádění řešení příkladů vypočítaných při domácí přípravě. Vyžadovaný počet příkladů na studenta je rovnoměrným dílem z celku dle počtu zapsaných studentů. Absenci při představení vlastní úlohy lze nahradit zasláním jejího kompletního vypracování v textové nebo scanované podobě. Při splnění těchto podmínek zápočet hromadně udělen po poslední hodině cvičení.

Požadavky zkoušky: podmínkou vstupu ke zkoušce je udělený zápočet a alespoň 80% úspěšnost ve stručné písemné části (zcela základní typové příklady). Známku tvoří ze 100% ústní zkoušení z losované dvojice tématických okruhů (s časem na přípravu) a případných doplňujících dotazů. Možnost úplné výměny jedné zkouškové otázky za náhradní, ale se snížením nejvyšší dosažitelné známky.

Osnova přednášek:

1. Přehled klasické optiky: rovinné vlny, Gaussův paprsek, polarizace

2. Kvantizace elektromagnetického pole, kanonické komutační relace, diskrétní a spojitý případ

3. Základní kvantové stavy jednoho módu

4. Matematické metody kvantové optiky, operátorové uspořádací teorémy

5. Koherentní a stlačené stavy, statistické a neklasické stavy světla

6. Dělič svazku v kvantové optice

7. Popis módového kontinua, model průchodu optického pulzu soustavou

8. Optická detekce: jednofotonové detektory, detekce počtu fotonů, homodynní detekce

9. Interferometrie, odhad fáze z pozorování a jeho vylepšení použitím neklasických stavů či měření

10. Kvantová teorie koherence, korelační efekty, Hanbury Brown-Twiss a Hong-Ou-Mandel

11. Interakce světla s atomem, Jaynesův-Cummingsův model

12. Dutinová kvantová elektrodynamika, řídicí rovnice útlumu světla

13. Nelineární optika a interakce fotonů v prostředí: PDC, Kerrův efekt

Osnova cvičení:

Procvičování příkladů na probraná témata odpovídá osnově přednášky výše.

Cíle studia:

Po absolvování předmětu by student měl být schopen rozumět velké části aktuální literatury v tématu, ačkoli jisté velké tematické okruhy jsou ponechány na navazující předmět 02KO2.

Studijní materiály:

Doprovodná literatura:

[1] V. Potoček: Kvantová optika (skriptum v přípravě, dostupné studentům online)

Klíčové zdroje:

[2] M.O. Scully, M.S. Zubairy: Quantum Optics (Cambridge University Press 1997)

[3] R. Loudon: The Quantum Theory of Light (Oxford University Press 2000)

[4] Paul H.: Introduction to Quantum optics (Cambridge University Press 2004)

[5] S. M. Barnett, P. M. Radmore: Methods in Theoretical Quantum Optics, Oxford University Press, Oxford 2002

Další doporučená literatura:

[6] L. Mandel, E. Wolf: Optical coherence and quantum optics (Cambridge University Press 1995)

[7] G. S. Agarwal: Quantum Optics (Cambridge University Press 2012)

[8] G. New: Introduction to Nonlinear Optics, (Cambridge University Press 2011)

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2025/2026:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2025/2026:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Matematická fyzika (volitelný předmět)
• Kvantové technologie (povinný předmět programu)