В рамках семинара на примере базовых задач квантовой оптики рассматриваюстя процессы взаимодействия света с веществом на квантовом уровне

Продолжительность курса 1 семестр

Содержание курса

Часть 1. Формальный язык квантовой оптики.
Представление вторичного квантования, моды поля в микрорезонаторе. Фоковские состояния электромагнитного поля. Когерентное состояние поля, P - представление. Алгебра бозонных операторов. Сжатые состояния поля. Автокорреляционные функции и спектр излучения. Излучение черного тела. Конверсия частоты фотонов – квазиклассическое и квантовое рассмотрение.

Часть 2. Взаимодействие поля с веществом.
Гамильтониан дипольного приближения, представление взаимодействия, приближение вращающейся волны. Гамильтониан двухуровневой системы. Описание в рамках представлений Шредингера и Гейзенберга. Дефазировка, шум и релаксация в формализме Гейзенберга-Ланжевена.

Часть 3. Квантовая оптика и эксперимент.
Квантовая точка в классическом поле – осцилляции Раби. Затухание осцилляций Раби в классическом поле. Микромазеры и квантовые точки в микрорезонаторе – осцилляции Раби с одним фотоном. Свойства микромазеров: статистика фотонов и плененные состояния. Спонтанное излучение, дефазировка и эффект Пурселя. Плотность фотонных мод, фотонная функция Грина. Квантовая точка в микрорезонаторе – эффекты дефазировки и утечки фотонов – от осцилялций Раби к спонтанному излучению. Сверхизлучение в ансамбле атомов.

Часть 4. Квантовая оптика и фундаментальные положения квантовой теории.
Теория скрытых переменных. Неравенства Клаузиуса-Хорна и экспериментальная проверка теории скрытых переменных. Теорема о клонировании, квантовая телепортация, перепутанность и «парадокс» ЭПР. Экспериментальные реализации квантовой телепортации. Квантовая криптография, обмен перепутанностями и квантовые вычисления.

Часть 5. Квантовая теория лазера.
Усиление в лазере. Шум лазерного излучения – подход Гейзенберга-Ланжевена. Лазерная генерация без инверсии. Поляритонный лазер. Лазер на одной квантовой точке в микрорезонаторе.