Optyka i informatyka kwantowa

fakultatywne

Fizyka

II stopień

I rok

Zakładana jest znajomość podstawowych pojęć i metod mechaniki kwantowej. Niemniej jednak, kurs jest w zasadzie samodzielny w zakresie pojęć optyki kwantowej, teorii informacji i kryptografii.

Po zakończeniu modułu (przedmiotu) i potwierdzeniu osiągnięcia efektów kształcenia student potrafi:

1. korzystać z nabytej wiedzy w zakresie podstawowych zjawisk i teorii optyki kwantowe;

* Symbol efektów kształcenia OPWK_01;

* Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów: K_W01-03, K_U01.

2. rozwiązywać metodami rachunkowymi problemy i zagadnienia dotyczące optyki kwantowej, korzystając z technik matematyki wyższej;

* Symbol efektów kształcenia OPWK_02;

* Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów: K_W02, KU_01-02.

3. samodzielnie przygotować proste opracowania z optyki kwantowej, korzystając z literatury i materiałów z zajęć;

* Symbol efektów kształcenia OPWK_03;

* Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów: K_U05, K_U07, K_U08.

5

Wykłady są wprowadzeniem do optyki kwantowej i optyki atomowej oraz informatyki kwantowej, kryptografii kwantowej i obliczeń kwantowych.

Tematyka zajęć (słowa kluczowe)

Kluczowe zagadnienia z zakresu optyki kwantowej:

elementy elektrodynamiki kwantowej (QED) rezonatorów i obwodów elektrycznych, formalizmy mechaniki kwantowej, kwantowanie pola w rezonatorach, pola jednomodowe i wielomodowe, fluktuacje kwantowe pola, lasery, stany kwantowe pola (stany koherentne, stany Focka, stany ściśnięte, stany termiczne), macierz gęstości w bazach stanów koherentnych i stanów Focka, funkcje rozkładu kwaziprawdopodobieństwa (Glaubera-Sudarshana, Husimiego i Wignera), elementy kwantowej teorii spójności Glaubera, interferometry: Michelsona, Hanbury-Browna i Twissa (HBT) i Macha-Zehndera, testy nieklasyczności światła, korelacje (grupowanie) i antykorelacje (antygrupowanie) fotonów, statystyka subpoissonowska liczby fotonów, źródła pojedynczych fotonów, model Jaynesa-Cummingsa, stany ubrane, splątanie kwantowe, paradoks kota Schroedingera, detekcja fal grawitacyjnych, ultrasilne sprzężenie światła z materią.

Kluczowe zagadnienia z zakresu informatyki kwantowej:

podstawowe pojęcia informatyki kwantowej, kwantowe bramki logiczne i sieci, kryptografia kwantowa, teleportacja kwantowa, kwantowe algorytmy wyszukiwania i faktoryzacji, dekoherencja, kwantowa korekcja błędów i odporne na błędy obliczenia kwantowe, tomografia kwantowa, optyczne, nadprzewodnikowe i półprzewodnikowe implementacje obliczeń kwantowych, wyżarzanie kwantowe, supremacja kwantowa.

Literatura obowiązkowa

1. C.C. Gerry, P.L. Knight, Wstęp do optyki kwantowej (PWN, 2007)

2. M.A. Nielsen, I.L. Chuang, Quantum Computation and Quantum Information (Cambridge Univ. Press, 2000)

3. R. T. Perry, Temple of Quantum Computing, www.toqc.com

Literatura dodatkowa

1. S. Haroche, J.M. Raimond, Exploring the Quantum: Atoms, Cavities, and Photons (Oxford Univ. Press, 2000).

2. W. Louisell, Quantum Statistical Properties of Radiation (Wiley, New York, 1973).

3. R. Loudon, The Quantum Theory of Light (Clarendon, Oxford, 1973).

4. P. Meystre, M. Sargent III, Elements of Quantum Optics (Springer, Berlin, 1990).

5. J. Perina, Quantum Statistics of Linear and Nonlinear Optical Phenomena (Reidel, Dordrecht, 1991).

6. D.F. Walls, G.J. Milburn, Quantum Optics (Springer, Berlin, 1994).

7. L. Mandel, E. Wolf, Optical Coherence and Quantum Optics (Cambridge University Press, Cambridge, 1995).

8. M.O. Scully, M.S. Zubairy, Quantum Optics (Cambridge Univ. Press, Cambridge, 1997).

9. W.P. Schleich, Quantum Optics in Phase Space (Wiley-VCH, Berlin, 2001).

10. V. Vedral, Modern Foundations of Quantum Optics (Imperial College Kluczowe tematy z zakresu optyki kwantowej: Press, London, 2005).

11. P. Kok et al., Linear optical quantum computing, Kluczowe tematy z zakresu informatyki kwantowej: arXiv:quant-ph/0512071.

12. C.R. Myers, R. Laflamme, Linear optics quantum computation: an overview, arXiv:quant-ph/0512104.

13. T.C. Ralph, Quantum optical systems for the implementation of quantum information

Wybrane popularne materiały w języku polskim:

1. artykuły w „Świecie nauki” (polskie wydanie „Scientific American”)

2. P.C.W. Davies i J.R. Brown, Duch w atomie (Wyd. CIS, Warszawa, 1996).

3. J. Gribbin, W poszukiwaniu kota Schrödingera (Zysk i S-ka, Poznań, 1997).

4. J. Gribbin, Kocięta Schrödingera i poszukiwanie rzeczywistości (Zysk i S-ka, Poznań, 1999).

5. G. Milburn, Inżynieria kwantowa (Prószyński i S-ka, Warszawa, 1999).

6. G. Milburn, Procesor Feynmana (Wyd. CIS, Warszawa, 2000).

7. R. Penrose, Nowy umysł cesarza (PWN, Warszawa, 1995).

8. R. Penrose, Cienie umysłu (Zysk i S-ka, Poznań, 2000).

9. D. Darling, Teleportacja (Amber, 2006).

10. G. Johnson, Na skróty przez czas (Prószyński i S-ka, Warszawa, 2005).

ocena ciągła (bieżące przygotowanie do zajęć i aktywność) 50%

praca końcowa semestralna/roczna 50%