Quantum optics 2

Konieczne:

1. Znajomość podstaw mechaniki kwantowej (fundamentalne postulaty, równanie Schrodingera, rachunek operatorowy, zasada nieoznaczoności Heisenberga).

2. Znajomość podstaw optyki kwantowej (kwantowy opis pola promieniowania, stany Focka, koherentne i ściśnięte) – wskazane wcześniejsze zaliczenie wykładu Optyka kwantowa I lub podobnego

Zalecane:

Znajomość podstaw rachunku prawdopodobieństwa

przedmiot obligatoryjny

(tylko po angielsku) Contact hours with teacher:

- participation in lectures - 30 hrs

- participation in tutorials – 30 hrs

- consultations- 5 hrs

Self-study hours:

- preparation for lectures -8 hrs

- writing essays/ papers/ projects- 2 hrs

- reading literature- 10 hrs

- preparation for test- 20 hrs

- preparation for examination- 20 hrs

Altogether: 125 hrs (5 ECTS)

(tylko po angielsku) W1: Student has advanced knowledge of physics corresponding to modern quantum information

W2: Student knows basic quantum communication protocols

W3: Student knows the methods of quantum states encoding

W4: students has knowledge of quantum description and experimental realization of a parametric down conversion process

(K_W02, K_W03, K_W05)

(tylko po angielsku) U1 – The graduate is able to find relevant information in specialist literature including quantum communication and quantum information processing.

U2 – Can present research findings (experimental, theoretical or numerical) in the written or oral form

U3 – Can efficiently communicate both with specialists and non-specialists in terms of the topics relevant to the studied field of Physics or Astronomy

(K_U05, K_U09, K_U10)

(tylko po angielsku) K1 --The graduate knows the level of his or her knowledge and skills and is able to formulate questions adequately.

- wykład informacyjny (konwencjonalny)

- ćwiczeniowa

Wykład poświęcony jest wybranym zagadnieniom optyki kwantowej oraz optycznym implementacjom protokołów komunikacji kwantowej. W szczególności omawiane będą sposoby wytwarzania kwantowych stanów pojedynczych fotonów oraz splątanych par fotonów, ich ewolucja przy przejściu przez układ optyczny, a także opis ich pomiaru przy pomocy realistycznych detektorów. Ponadto przedyskutowane zostaną podstawowe protokoły komunikacji kwantowej oraz wpływ niedoskonałości realistycznych elementów sprzętowych na ich działanie.

W czasie wykładu omówione zostaną następujące zagadnienia:

1. Stany polaryzacyjne fotonu oraz ich wizualizacja na sferze Blocha. Pojęcie qubitu.

2. Opis przejścia pojedynczego fotonu przez podstawowe elementy optyczne.

3. Transformacja kwantowego stanu światła przez układ optyczny.

4. Kwantowy pomiar stanu światła. Detektory pojedynczych fotonów.

5. Sposoby wytwarzania pojedynczych fotonów.

6. Podstawy optyki nieliniowej. Proces spontanicznego parametrycznego obniżenia częstości (SPDC)

7. Propagacja wiązki laserowej w pustej przestrzeni oraz przez podstawowe elementy optyczne.

8. Teoretyczne podstawy kryptografii kwantowej. Protokół BB84.

9. Implementacja protokołu BB84 w praktyce.

10. Splątanie kwantowe i jego zastosowanie w kryptografii kwantowej. Nierówności Bella.

11. Inne protokoły kryptografii kwantowej.

12. Teleportacja kwantowa i wymiana splątania.

13. Przekaźniki kwantowe.

1. C.C. Gerry, P. L. Knight, “Wstęp do optyki kwantowej”, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2007

2. B. E. A. Saleh, M. C. Teich, “Fundamentals of photonics”, John Wiley & Sons Inc., Hoboken, New Jersey, 2019.

3. M. A. Nielsen, I. L. Chuang, “Quantum computation and quantum information”, Cambridge University Press, Cambridge, 2010.

4. R. W. Boyd, “Nonlinear optics”, Academic Press, London, 2020.

oraz szereg artykułów naukowych, które podane zostaną podczas trwania wykładu.

Zaliczenie ćwiczeń na podstawie prac domowych. Zaliczenie wykładu na podstawie egzaminu pisemnego. Ocena zależy od ilości zdobytych punktów w następujący sposób:

5: 90% – 100% punktów

4+: 80% – 90% punktów

4: 70% – 80% punktów

3+: 60% – 70% punktów

3: 50% – 60% punktów

2: poniżej 50% punktów