DEPARTAMENTO DE FÍSICA

 

Quantum Optics - F

Ano letivo: 2013-2014
Specification sheet

Specific details
course codecycle os studiesacademic semestercredits ECTSteaching language
2003314216pt *)

*) N.B.  if there are students who do not speak Portuguese the language is English.

Learning goals
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
Syllabus

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.
Prerequisites

Mecânica Quântica, Mecânica Estatística e Óptica (a nível de 1º ciclo).
Generic skills to reach
. Competence in analysis and synthesis;
. Competence to solve problems;
. Competence in autonomous learning;
. Competence in applying theoretical knowledge in practice;
. Competence in organization and planning;
. Competence in oral and written communication;
. Competence in information management;
. Adaptability to new situations;
(by decreasing order of importance)
Teaching hours per semester
lectures30
laboratory classes30
total of teaching hours60

Assessment
Laboratory or field work20 %
Problem solving20 %
Synthesis work thesis20 %
Exam40 %

Bibliography of reference

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).
Teaching method

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.
Resources used
Laboratório de Óptica Avançada.