DEPARTAMENTO DE FÍSICA

 

Tópicos de Física Moderna - EI

Ano letivo: 2002-2003
Especificação técnica - ficha curricular
N.B. estas fichas estão definidas apenas desde 2007 (acordo de Bolonha).

Elementos especificos
código da disciplinaciclo de estudossemestre lectivocréditos ECTSlíngua de ensino
26pt *)

*) N.B.  se houver estudantes que não falem português a língua é o inglês.

Objectivos formativos
Importância central:

Conhecimentos aprofundados de física (óptica quântica e suas aplicações tecnológicas)
Compreensão teórica dos fenómenos físicos (incluindo a descrição quântica de feixes coerentes e parcialmente coerentes de luz e a sua interacção com a matéria)
Modelação e resolução de problemas específicos da área em questão

Importância secundária:

Capacidade de actualização
Capacidade para procurar e utilizar bibliografia
Estar familiarizado com as fronteiras de investigação
Programa genérico mínimo

Descrição clássica e quântica da radiação electromagnética.
Transições radiativas
Coeficientes de Einstein, taxas de transição, regras de selecção.
Largura e forma das linhas espectrais.
Transições radiativas em sólidos.
Lasers e masers: oscilações, modos e propriedades.
Fotões
Estatística de fotões
"Bunching" e "antibunching" de fotões.
Estados coerentes
Interacção da luz com a matéria
Sobreposição de estados coerentes e matriz densidade
Modelo de dois níveis. Resolução da eq. Schrodinger dependente do tempo. Processos ressonantes.
Campo fraco e coeficientes de Einstein
Campo forte: oscilações de Rabi, amortecimento.
Átomos em cavidades
Cavidades ópticas. Acoplamento átomo-cavidade.
Limite fraco e emissão espontânea. O efeito de Purcell.
Electrodinâmica quântica do acoplamento forte e observações experimentais.
Aplicações
Arrefecimento laser
Princípios de arrefecimento Doppler.
Armadilhas atómicas magneto-ópticas.
Técnicas experimentais de arrefecimento óptico.
Aplicações.
Lasers de feixes átomicos (*).
Criptografia e computação quântica (*)
Criptografia clássica e quântica. Princípios básicos.
Distribuição quântica de chave, verificação de identidade e correcção de erros.
Computação quântica: qubits; representação de Bloch.
Portas lógicas quânticas. Implementação de operações sobre qubits.
Descoerência.
Aplicações de computadores quânticos.
Estados entrelaçados e teletransporte.
Pré-requisitos

Mecânica Quântica, Mecânica Estatística e Óptica (a nível de 1º ciclo).
Competências genéricas a atingir
. Competência em análise e síntese;
. Competência para resolver problemas;
. Competência em aprendizagem autónoma;
. Competência em aplicar na prática os conhecimentos teóricos;
. Competência em organização e planificação;
. Competência em comunicação oral e escrita;
. Competência em gestão da informação;
. Adaptabilidade a novas situações;
(por ordem decrescente de importância)
Horas lectivas semestrais
aulas teóricas30
aulas práticas laboratoriais30
total horas lectivas60

Método de avaliação
Trabalho laboratorial ou de campo20 %
Resolução de problemas20 %
Trabalho de síntese20 %
Exame40 %

Bibliografia de referência

Quantum Optics: an introduction, M. Fox, Oxford University Press (2002).
Introductory Quantum Optics, C. Gerry, P. Knight, Cambridge University Press (2005)
Introduction to Quantum Optics: from light quanta to quantum teleportation, H. Paul, I. Jex., Cambridge University Press (2004).
Método de ensino

Alguns dos tópicos serão abordados de forma expositiva, outros serão propostos ao estudante para desenvolvimento autónomo, após uma breve introdução nas aulas.

Será dada particular atenção às inúmeras aplicações da óptica quântica: lasers, criptografia e computação quântica que são áreas de ponta em rápido desenvolvimento.

Os alunos deverão consultar bibliografia especializada sobre alguns dos tópicos cobertos pelo programa.
Recursos específicos utilizados
Laboratório de Óptica Avançada.