Quantum optics

Le cours d'optique quantique offre aux étudiants une large introduction aux principes et applications de l'optique quantique. Il couvre les aspects de la science optique dans lesquels la nature quantique du champ électromagnétique est en pleine renaissance. Des exemples de sujets abordés dans ces cours sont : la cohérence optique, les effets quantiques en interférométrie optique, l'interaction de la lumière avec les systèmes quantiques élémentaires (tels que les atomes et les boîtes quantiques) dans l'espace libre et dans les résonateurs, les effets quantiques associés aux interactions optiques non linéaires.

Les cours magistraux sont complétés par des exercices. Le cours est dispensé en partie à la VUB et en partie en ligne.

Contenu

• Partie 1 : Propriétés statistiques de la lumière quantique

• Chapitre 1 : propriétés statistiques des champs classiques
• Chapitre 2 : théorie quantique du champ électromagnétique
• Chapitre 3 : états quantiques de la lumière
• Chapitre 4 : théorie quantique de la cohérence
• Chapitre 5 : interférométrie quantique

• Partie 2 : Interaction de la lumière avec la matière

• Chapitre 6 : Structure des atomes et leur interaction avec la lumière
• Chapitre 7 : couplage atome-lumière faible
• Chapitre 8 : couplage atome-lumière fort
• Chapitre 9 : conséquences classiques

• Partie 3 : applications de la lumière quantique et sujets modernes en optique quantique

• Chapitre 10 : information quantique avec des ions
• Chapitre 11 : sources de photons uniques
• chapitre 12 : source paramétrique de paires de photons
• Chapitre 13 : calcul optique avec de l'optique linéaire
• Chapitre 14 : Téléportation
• Chapitre 15 : Distribution quantique de clés
• Chapitre 16 : Super résolution de phase et super sensibilité
• chapitre 17 : centres colorés

Après le cours, l'étudiant sera capable de commencer à lire la littérature spécialisée dans le domaine et de comprendre les présentations de conférences. Il maîtrisera non seulement le formalisme de l'optique quantique, mais comprendra également les techniques expérimentales les plus importantes pour générer et détecter les états quantiques de la lumière. Il sera prêt à commencer un doctorat en optique quantique ou dans tout autre domaine connexe. Plus précisément, l'étudiant aura un aperçu de la quantification du champ électromagnétique, de la théorie de la cohérence quantique et classique, des méthodes de comptage direct et corrélé de photons, de l'émission spontanée et de l'amélioration de Purcell, de l'interférométrie à quelques photons, du refroidissement laser et du piégeage des atomes, de la génération de photons uniques et de paires de photons, de l'électrodynamique quantique en cavité, du traitement de l'information quantique.

Connaissances et compétences pré-requises ou co-requises

Une bonne formation en optique, statistiques et mécanique quantique est requise.

Mixte : cours sur place, vidéos en ligne, séances de questions/réponses en ligne

Références, bibliographie et lectures recommandées

1 M. Fox, Quantum optics – An introduction, Oxford University Press (2006)
2 R. Loudon, The quantum theory of light, Oxford University Press (2000)
3 P. Lambropoulos and D. Petrosyan, Fundamentals of quantum optics and quantum information, Springer (2007)

4 J. W. Goodman, Statistical optics, John Wiley & Sons  (2000)
5 L. Mandel and E. Wolf, Optical coherence and quantum optics, Cambridge University Press  (1995)
6 M. O. Scully and M. S. Zubairy, Quantum optics, Cambridge University Press (1997)

Informations complémentaires

Contacts

Stephane Clemmen

Campus

Hors campus ULB

Méthode(s) d'évaluation

• Examen oral

Examen oral

Construction de la note (en ce compris, la pondération des notes partielles)

Langue(s) d'évaluation

• anglais