Ottica quantistica

A.A. 2015/2016
Insegnamento per
6
Crediti massimi
48
Ore totali
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
Comprensione dei concetti e padronanza delle tecniche di calcolo rispetto agli argomenti seguenti:
1) Quantizzazione del campo di radiazione a partire dall'elettrodinamica classica;
2) Caratterizzazione delle principali osservabili e dei più rilevanti stati del campo di radiazione;
Stati classici e nonclassici della radiazione;
3) Teoria quantistica della coerenza. Effetti di bunching e anti-bunching
4) Generazione, manipolazione e caratterizzazione di stati nonclassici, processi parametrici e
generazione di squeezing ed entanglement;
5) Dinamica del campo di radiazione come sistema quantistico aperto;
6) Atomo a due livelli e sua interazione con il campo quantizzato;
7) Hamiltoniana di Jaynes-Cummings ed effetti dinamici
8) Sistemi ottico-quantistici in esperimenti di fondamento ed in applicazioni alla quantum information.

Struttura insegnamento e programma

Edizione attiva
Responsabile
Programma
- Quantizzazione del campo elettromagnetico. Operatori del campo e stati numero.
- Interazione radiazione materia: processi parametrici di interesse per l'ottica quantistica.
- Teoria della coerenza, stati coerenti, operatore di displacement.
- Funzioni di Wigner. Stati classici e non-classici della radiazione. Stati subPoissoniani, shot-noise limit e squeezing.
- Stati squeezed, fluttuazioni quantistiche, misure congiunte di osservabili non commutanti.
- Sistemi aperti in ottica quantistica: Master Equation ed equazione di Fokker-Planck
- Sistemi aperti in ottica quantistica: equazioni di Langevin e relazioni input/output per cavita` ottiche
- Il beam splitter
- La rivelazione della radiazione: rivelazione diretta, rivelazione omodina, rivelazione eterodina. Effetti dell'efficienza quantica e statistica dei rivelatori.
- Amplificatori ottici parametrici: generazione di squeezing e di entanglement.
- Teoria generale degli stati Gaussiani. Entanglement per sistemi a variabili continue.
- Tomografia quantistica omodina e teletrasporto a variabili continue.
- Interazione microscopica radiazione materia: l'atomo a due livelli come sistema aperto.
- Modello di Jaynes-Cummings, stati vestiti, dinamica quantistica e decoerenza.
- Sistemi atomici multilivello: trasparenza autoindotta. Atomi di Rydberg.
- Ottica quantistica in sistemi mesoscopici: quantum dots, nanoparticelle, photonic band gap
- Problemi aperti e frontiere della ricerca: aspetti culturali, e risvolti applicativi.
Propedeuticità
Meccanica Quantistica, Ottica, Elettrodinamica classica
Prerequisiti e modalità di esame
PREREQUISITI
Concetti fondamentali di: meccanica quantistica non relativistica, elettromagnetismo ed ottica

MODALITA' D'ESAME
L'esame consiste in una discussione orale che verte sugli argomenti trattati nel corso.
Metodi didattici
Modalità di frequenza:
Fortemente consigliata;
Modalità di erogazione:
Tradizionale.
Materiale didattico e bibliografia
Dispense del docente;
G.Grynberg, A.Aspect and C.Fabre "Introduction to Quantum Optics", Cambridge University Press
D. Walls, G. J. Milburn, "Quantum Optics", Springer (Berlin)
R. Puri, "Mathematical methods of quantum optics", Springer (Berlin)
A. Ferraro, S. Olivares, M. G. A. Paris "Gaussian states for quantum information", Bibliopolis (Napoli)
L. Mandel, E. Wolf "Optical Coherence and Quantum Optics", Cambridge University Press
S.Barnett and P.Radmore "Methods in theoretical quantum optics", Oxford University Press
Periodo
Secondo semestre
Siti didattici
Docente/i
Ricevimento:
martedi' 14:30 - 19:00
Dip. Fisica via Celoria 16, studio V piano (A/5/C3)
Ricevimento:
Su appuntamento (contattare il docente per email)
Studio docente: Edificio LITA di Fisica, stanza A5/C11