Quantum optics

L'optique quantique est l'étude de la lumière et de son interaction avec la matière au niveau des photons et des atomes individuels. Les applications de l'optique quantique incluent la théorie des lasers, la manipulation d'atomes individuels (pour les horloges quantiques, pour créer des atomes ultra-froids), la communication quantique (distribution de clés quantiques), l'informatique quantique (portes logiques quantiques) et des sujets fondamentaux tels que l'intrication. Les progrès en optique quantique continuent d'être rapides et passionnants.
L'objectif du cours est de fournir un aperçu de la théorie de l'optique quantique et de ses utilisations à la fois pour les expériences de physique fondamentale et les applications.
Dans la première partie du cours, nous étudierons les différents états de la lumière : états thermiques, états cohérents émis par les lasers, états comprimés, états de photons uniques, états intriqués. Nous étudierons les notions associées de cohérence, les distributions statistiques correspondantes et comment elles peuvent être mesurées.
La deuxième partie du cours est consacrée à l'interaction lumière-matière au niveau quantique. Les applications comprennent : les forces optiques, le refroidissement optique, l'informatique quantique avec des ions.
La troisième partie du cours est consacrée aux sujets contemporains de l'optique quantique qui utilisent les sujets abordés cavant. Ceci comprend  les sources de photons simples et de paires de photons, et à leurs applications, notamment l'informatique quantique, la téléportation, la distribution de clés quantiques, les mémoires quantiques pour la lumière, la super résolution.

Après le cours, l'étudiant(e) sera capable de commencer à lire la littérature spécialisée dans le domaine et de comprendre les présentations de conférences. Il/Elle maîtrisera non seulement le formalisme de l'optique quantique, mais comprendra également les techniques expérimentales les plus importantes pour générer et détecter les états quantiques de la lumière.  Plus spécifiquement, l'étudiant(e) aura un aperçu de la quantification du champ électromagnétique, de la théorie de la cohérence quantique et classique, des méthodes de comptage direct et corrélé de photons, de l'émission spontanée et de l'amélioration de Purcell, de l'interférométrie à quelques photons, du refroidissement laser et du piégeage d'atomes, de la génération de photons uniques et de paires de photons, de l'électrodynamique quantique en cavité, du traitement de l'information quantique.

Connaissances et compétences pré-requises ou co-requises

Une solide formation en mécanique quantique (par exemple PHYS-F-302 - Mécanique quantique 2) est nécessaire.
Une introduction de base à la théorie des champs et à la physique atomique est utile mais pas indispensable.
Les bases de l'optiques sont nécessaires.

Cours ex-cathedra; diapositives commentées (podcast); séances d'exercices.

Contribution au profil d'enseignement

 

Références, bibliographie et lectures recommandées

Quantum Optics: An Introduction by Mark Fox
The Quantum Theory of Light by Rodney Loudon
Introductory Quantum Optics by C. Gerry and P. Knight

Support(s) de cours

• Podcast
• Université virtuelle

Informations complémentaires

 

Contacts

Stéphane Clemmen (sclemmen@ulb.ac.be) and Serge Massar (smassar@ulb.ac.be)

Campus

Plaine

Méthode(s) d'évaluation

• Examen oral

Examen oral

Oral Exam.

Construction de la note (en ce compris, la pondération des notes partielles)

 

Langue(s) d'évaluation

• anglais
• (éventuellement français )