Quantum Optics
Language of instruction
English
Учебный семестр
осенний
Атом в резонаторе
         Атом в оптическом резонаторе 

Целью данного курса является знакомство студентов с основными понятиями квантовой оптики и рассмотрение базовых задач.  Мы подробно изучим эффекты, связанные с квантовой природа света, рассмотрим механизм взаимодействия света с веществом, а также узнаем как это взаимодействие может быть усилено с помощью микро- и нанорезонаторов. В курсе будут представлены не только основные теоретические модели, но также и ключевые экспериментальные методы.

Course content

Part I. Light-matter interaction: semiclassical approach

  • Two-level system in a light field. Rabi oscillations 
  • Density matrix: from general properties to a twolevel system 
  • Light interaction with a three level-system 

Part II. Quantum properties of light

  • Secondary quantization of electromagnetic field 
  • Fock states and coherent states 
  • Quantum noise and squeezed states 
  • Coherence of light and photon detection 

Part III. Light-matter interaction: fully quantum picture

  • Two-level system in a quantized field 
  • Jaynes-Cummings model: polaritons 
  • Spontaneous relaxation: Weiskopf-Wigner model
  • Local density of states and Purcell effect  
  • Optical cavities 
  • Field fluctuations and Langevin equation 
  • Quantum theory of relaxation. Lindblad equation  
  • Atom in a cavity. Weak and strong coupling regime  

Additional topics

  • Quantum entanglement. Bell inequality. 
  • Laser cooling and ultra-cold atoms 
  • Fluctuations driven optical forces 
  • Local field operators. Quantization of light in lossy and dispersive media
  •  

Часть I. Взаимодействие света с веществом: полуклассический подход. 

  • Двухуровневая система в поле световой волны. 
  • Матрица плотности: от общих свойств до двухуровневой системы. 
  • Взаимодействие света с трехуровневой системой.

 Часть II. Квантовая природа света. 

  • Вторичное квантование электромагнитного поля. 
  • Фоковские и когерентные состояния света. 
  • Квантовый шум и сжатые состояния. 
  • Когерентность света и детектирование фотонов.

Часть III. Взаимодействие света с веществом: квантовая картина. 

  • Двухуровневая система в квантованном поле. 
  • Модель Джейнса-Каммингса. Поляритоны.
  • Спонтанная релаксация поля: модель Вайскопфа-Вигнера.
  • Локальная плотность фотонных состояний и эффект Парселла. 
  • Оптические резонаторы. 
  • Флуктуации поля и уравнения Ланжевена. 
  • Квантовая теория релаксации. Уравнение Линдблада. 
  • Атом в резонаторе с потерями: сильная и слабая связь

Дополнительные темы. 

  • Квантовое запутывание.
  • Неравенства Белла. 
  • Лазерное охлаждение и ультрахолодные атомы. 
  • Оптические силы связанные с флуктуациями поля. 
  • Локальные операторы поля. Квантование света в среде с дисперсией и потерями.