Università degli studi dell'Insubria

QUANTUM OPTICS

A.A. di erogazione 2019/2020
Insegnamento opzionale

Laurea Magistrale in FISICA
 (A.A. 2019/2020)
L'insegnamento è condiviso, tecnicamente "mutuato" con altri corsi di laurea, consultare il dettaglio nella sezione Mutuazioni
Anno di corso: 
1
Tipologia di insegnamento: 
Caratterizzante
Settore disciplinare: 
FISICA TEORICA, MODELLI E METODI MATEMATICI (FIS/02)
Crediti: 
6
Ciclo: 
Primo Semestre
Ore di attivita' frontale: 
48
Dettaglio ore: 
Lezione (48 ore)

1.La descrizione quantistica della luce
-Richiami di elettromagnetismo classico: equazioni di Maxwell, potenziali, equazione delle onde
-Cavità di quantizzazione, espansione in modi normali
-L’oscillatore armonico in meccanica quantistica
-Energia classica, quantizzazione, Campo elettrico e magnetico quantizzati, Stati di Fock

2.Gli stati classici e quasi-classici del campo elettromagnetico
-Richiami di formalismo di meccanica quantistica, stati puri e stati miscela
-Lo stato di equilibrio termico, definizione e proprieta’
-Gli stati coerenti del campo e.m, come autostati dell’operatore di distruzione, e come stati a minima indeterminazione: statistica del numero di fotoni e delle quadrature del campo.

3.Interferometria a singoli fotoni
-Il Beam-Splitter e l’ interferometro di Mach Zender in ottica quantistica.
-Lo stato a singolo fotone, esperimento di Grangier et al. (1986).
-Interferometria a singoli fotoni, dualismo onda-corpuscolo. Esperimento concettuale di Wheeler di scelta ritardata (2007) e misure in assenza di interazione
-L’effetto Hong-Ou-Mandel

4.Gli stati non-classici del campo elettromagnetico: stati squeezed e entangled
-Gli stati squeezed del campo elettromagnetico
-Rappresentazioni quasi -classiche: la funzione di Wigner
-Lo stato di vuoto squeezed
-Gli stati squeezed coerenti
-Entanglement in variabili continue: lo stato squeezed a due modi, entanglement nelle quadrature del campo e paradosso EPR

5.Generazione di stati entangled in cristalli non-lineari: fasci e fotoni gemelli
-Richiami di Ottica Nonlineare.
-Descrizione quantistica della conversione parametrica in frequenza (PDC)
-Formalismo di stato per il processo di PDC: stato entangled generato, fasci gemelli
-Confronto fra correlazioni di origine quantistica e classica
-Cenni ad applicazioni alla metrologia e/o alla comunicazione quantistica: misure ad alta sensibilita’ con correlazione quantistica

6.Interazione della luce quantizzata con sistemi atomici
-Interazione di un atomo a due livelli con un singolo modo di radiazione. Regime della elettrodinamica quantistica in cavità (Cavity QED)
-Il modello semiclassico di Rabi
-Il modello quanto-meccanico di Jaymes-Cummings
-Cenni ad esperimenti storici di elettrodinamica quantistica in cavita.

7.Dissipazione e decoerenza: la Master Equation quantistica in ottica
-La Master Equation in approssimazioni di Born e Markov
-Atomo a due livelli interagente con il continuo di modi del campo e.m. dello spazio libero.
-Relazioni di Kramers-Kronig per il contributo dispersvo e dissipativo, bilancio dettagliato.Calcolo dei coefficienti dissipativi per l’atomo a due livelli.
-Approccio all’equilibrio (rate equations,decoerenza, equazioni per i valori medi)

Lezioni frontali, svolte alla lavagna o mediante slides

Modalita' di verifica dell'apprendimento:
Prova finale scritta o orale, a scelta dello studente.
Allo studente viene richiesto di svolgere due (tre) temi d’esame, riguardanti argomenti trattati durante il corso. L’elaborato viene discusso insieme allo studente, e viene eventualmente richiesto di approfondire alcuni punti.

•C.G Gerry and P. L. Knight, Introductory quantum Optics (Cambridge University Press, 2004)
•Appunti e slides delle lezioni, fornite durante il corso dal docente

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A.A. 2019/2020

Anno di corso: 1
Curriculum: OTTICA

A.A. 2018/2019

Anno di corso: 1
Curriculum: PERCORSO COMUNE