《量子光學(xué)基礎(chǔ)》課件

《量子光學(xué)基礎(chǔ)》課程簡介本課程將介紹量子光學(xué)的基礎(chǔ)知識，包括量子光學(xué)的歷史發(fā)展、基本概念、基本理論、重要應(yīng)用等。11by1111231量子光學(xué)的歷史發(fā)展量子光學(xué)作為物理學(xué)的一個重要分支，其歷史發(fā)展可以追溯到20世紀初。1量子力學(xué)的誕生普朗克提出量子化概念，愛因斯坦解釋光電效應(yīng)。2量子光學(xué)基礎(chǔ)奠定玻爾原子模型，德布羅意提出物質(zhì)波，海森堡建立矩陣力學(xué)。3量子光學(xué)理論完善狄拉克建立量子電動力學(xué)，量子場論發(fā)展。4激光技術(shù)誕生1960年，梅曼制成第一臺激光器，開啟了量子光學(xué)新時代。5量子光學(xué)新應(yīng)用量子信息、量子計算、量子通信等新興領(lǐng)域發(fā)展迅速。量子光學(xué)的基本概念1量子化光并非連續(xù)波，而是由一個個稱為光子的能量包組成。光子的能量與頻率成正比。2疊加原理光子可以處于多種狀態(tài)的疊加態(tài)，例如同時具有多種頻率或偏振方向。3量子糾纏兩個或多個光子之間存在相互關(guān)聯(lián)，即使相距很遠，它們的性質(zhì)仍然保持關(guān)聯(lián)。量子光學(xué)的基本理論量子電動力學(xué)量子電動力學(xué)描述了光與物質(zhì)的相互作用，解釋了光子的發(fā)射、吸收和散射等現(xiàn)象。它是量子光學(xué)的基礎(chǔ)理論之一。量子場論量子場論將量子力學(xué)和狹義相對論相結(jié)合，可以描述光子和物質(zhì)的量子化性質(zhì)，以及它們之間的相互作用。相干態(tài)理論相干態(tài)理論描述了激光和其他相干光源的性質(zhì)，解釋了光子之間的相干性，并為量子光學(xué)應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。量子噪聲理論量子噪聲理論描述了量子系統(tǒng)中的隨機漲落，對量子信息和量子通信等領(lǐng)域至關(guān)重要。量子光源量子光源是產(chǎn)生量子光子的裝置，在量子信息、量子通信、量子計算等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。1熱光源傳統(tǒng)光源，如白熾燈和太陽，產(chǎn)生熱輻射。2激光器產(chǎn)生相干光，具有高方向性和高亮度。3非線性光學(xué)利用非線性光學(xué)效應(yīng)，將激光轉(zhuǎn)換為其他類型光子。4量子點半導(dǎo)體材料制成的納米粒子，可發(fā)射單光子。單光子態(tài)定義單光子態(tài)是指只包含一個光子的量子態(tài)。特性單光子態(tài)具有不可分割性，即無法將一個單光子態(tài)分成兩個或多個部分。重要性單光子態(tài)是量子信息和量子計算等領(lǐng)域的基礎(chǔ)，可用于構(gòu)建量子網(wǎng)絡(luò)和實現(xiàn)量子密碼。制備方法常用的制備方法包括參數(shù)下轉(zhuǎn)換、單光子源、量子點發(fā)射等。光子統(tǒng)計1泊松統(tǒng)計熱光源發(fā)射的光子服從泊松統(tǒng)計，光子到達時間是隨機的，平均到達率恒定。2子泊松統(tǒng)計單光子源發(fā)射的光子服從子泊松統(tǒng)計，光子到達時間不再是隨機的，平均到達率可以小于1。3超泊松統(tǒng)計某些非線性光學(xué)過程產(chǎn)生的光子，服從超泊松統(tǒng)計，光子到達時間隨機，平均到達率大于1。量子噪聲量子噪聲是量子系統(tǒng)中不可避免的隨機漲落，它會影響量子信息和量子計算等領(lǐng)域的精度和可靠性。1量子退相干量子系統(tǒng)與環(huán)境的相互作用會導(dǎo)致量子疊加態(tài)的破壞。2量子噪聲源熱噪聲、真空噪聲、散粒噪聲等。3噪聲抑制方法量子糾纏、量子編碼、量子反饋控制等。量子隧穿量子隧穿是一種量子力學(xué)現(xiàn)象，指粒子可以穿過比其能量更高的勢壘。1量子力學(xué)描述微觀世界運動規(guī)律的理論2勢壘阻止粒子運動的能量屏障3隧穿效應(yīng)粒子穿透勢壘的現(xiàn)象4概率隧穿概率隨勢壘高度和粒子能量變