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Métodos Estocásticos em Óptica Quântica e Óptica Atômica

Aulas:

Terça e Quinta 14-16h  IF 15

A óptica quântica trata de problemas de interação entre matéria e radiação, quando propriedades quânticas dessas são relevantes. Importantes avanços na compreensão e manipulação de estados quânticos da radiação foram obtidos nas últimas décadas, o que levou a um fantástico desenvolvimento de tecnologias aplicáveis, em particular em metrologia e em informação quântica. Sistemas ópticos invariavelmente sofrem efeitos do meio externo. Assim um grande número de técnicas de sistemas quânticos abertos foi desenvolvido para o tratamento de problemas específicos relacionados ao ruído quântico. Neste curso daremos uma abordagem dos fundamentos da óptica quântica, com enfoque principal na descrição dos métodos estocásticos amplamente utilizados na descrição de fenômenos físicos. O objetivo deste curso é fornecer aos estudantes de pós-graduação em física noções fundamentais para o tratamento de sistemas quânticos abertos com enfoque em óptica quântica e óptica atômica. Aspectos relevantes para o processamento quântico de informação serão também considerados.

 

Ementa:

  1. Elementos de teoria de probabilidades
  2. Introdução a processos estocásticos: equações mestras na forma diferencial, equações de Langevin e equações de Fokker-Planck
  3. Teoria clássica de flutuações ópticas e coerência
  4. Quantização do campo eletromagnético
  5. Propriedades de coerência do campo eletromagnético quantizado
  6. Representações do campo eletromagnético
  7. Métodos Estocásticos: Equações mestras e equações c-number equivalentes, equações diferenciais estocásticas, trajetórias quânticas
  8. Formalismo de Input-Output, sistemas quânticos em cascata
  9. Fenômenos quânticos em sistemas simples em ótica não-linear
  10. Geração e aplicações de luz comprimida
  11. Sistemas não-lineares quânticos dissipativos

Tópicos adicionais a serem tratados durante o curso:

  1. Medições quânticas de não demolição
  2. Coerência quântica e teoria da medição
  3. Eletrodinâmica quântica de cavidades
  4. Interação da Radiação com sistemas atômicos
  5. Armadilhas de íons
  6. Força de radiação e armadilhas atômicas
  7. Condensados de Bose-Einstein e óptica atômica quântica
  8. Desigualdades de Bell em óptica quântica
  9. Testes de Complementariedade

BIBLIOGRAFIA:

[1] Quantum Optics, D.F. Walls, G.J. Milburn, Springer; 2nd edition (February 6, 2008) .
[2] C. W. Gardiner e P. Zoller, Quantum Noise, Springer; 3 edition (October 15, 2004).
[3] The Theory of Open Quantum Systems, Heinz-Peter Breuer , Francesco Petruccione, Oxford University Press;  (2002) .
[4] Optical Coherence and Quantum Optics, L. Mandel, E. Wolf, Cambridge University Press; 1 edition (September 29, 1995).
[5] Statistical Methods in Quantum Optics 1: Master Equations and Fokker-Planck Equations, H.J. Carmichael, Springer (April 25, 2003) .
[6] Statistical Methods in Quantum Optics 2: Non-Classical Fields, H.J Carmichael, Springer (April 25, 2007) .
[7] The Quantum Theory of Light, R. Loudon, Oxford University Press, USA; 3 edition (November 23, 2000).
[8] Artigos Fundamentais da Área.

Listas:

1) Mandel-Wolf

Cap 1 : Sec.  1.5 e 1.6,  Problemas: 2, 8, 9, 10

Cap 2: Sec.  2.5, 2.8.2, 2.9.2, 2.9.3 e 2.10 Problemas: 1, 2, 6, 9, 10

 2) Problemas de 1 a 4 cap. 2 e 1 a 4 cap. 3, Walls-Milburn

3) Problemas 1 e 2 cap. 4 e todos do cap. 6, Walls-Milburn

4) Problemas do cap. 5 e cap 7 e prob. 1 do cap 8, Walls-Milburn

Desenvolvimento de monografias e seminário (individuais) para avaliação final sobre os tópicos (sugeridos):

  1. Eletrodinâmica quântica de cavidades
  2. Eletrodinâmica quântica de cavidades em circuitos
  3. Coerência quântica e teoria da medição
  4. Armadilhas de íons
  5. Força de radiação e armadilhas atômicos
  6. Condensados de Bose-Einstein e óptica atômica quântica
  7. Implementações de protocolos de Informação Quântica
  8. Computação quântica com dispositivos ópticos lineares
  9. Sistemas optomecânicos quânticos
  10. Sistemas eletromecânicos quânticos
  11. Óptica Quântica de dispositivos mesoscópicos (semicondutores)

Instruções para as monografia: Deve ser escrito um texto introdutório ao tópico escolhido e com solução de ao menos um problema correlato utilizando o qutip.

Os seminários de apresentação serão realizados nas últimas aulas do semestre.

http://mcesardeoliveira.files.wordpress.com/2014/03/aula2e3.pdf

https://sites.ifi.unicamp.br/marcosoliveira/files/2014/10/aula2e3.pdf

Aulas:

aula2e3

aula4

aula5

aula6

aula7 (perdi o arquivo!)

aula8

aula9

Photocounting

Photocounting 2

aula10

aula11

aula12

aula13

aula14

aula15

aula16

aula17

aula18

aula19

aula20

aula21