Über diesen Kurs
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Ca. 25 Stunden zum Abschließen

Empfohlen: 7 weeks of study, 4-5 hours / week...

Englisch

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Lehrplan - Was Sie in diesem Kurs lernen werden

Woche
1
5 Stunden zum Abschließen

Quantization of light: one mode

In this first lesson, you will discover what is canonical quantization, apply it to the quantization of a single mode of the electromagnetic field, and find that it behaves as a quantum harmonic oscillator. The notion of photon will then naturally emerge, as well as the weird but fundamental notion of vacuum fluctuations....
13 Videos (Gesamt 119 min), 3 Lektüren, 10 Quiz
13 Videos
1.0 Introduction to Lesson 15m
1.1 Canonical quantization10m
1.2.1 Material harmonic oscillator /111m
1.2.2 Material harmonic oscillator /212m
1.3 Single mode of radiation9m
1.4 Canonical quantization of a single mode10m
1.5 Observables6m
1.6 Number states; Photon7m
1.7 Vacuum fluctuations5m
1.8 What have we learnt? What next?4m
Introduction to homework 111m
Quantization of classical oscillators12m
3 Lektüren
Homework 1
Correction of Homework 130m
Einstein's 1905 paper introducing the "photon"
10 praktische Übungen
Questions about the general introduction8m
Practice quiz video 1.110m
Practice quiz video 1.2.14m
Video 1.2.2.6m
Video 1.34m
Video 1.48m
Video 1.52m
Video 1.72m
Video 1.82m
Homework 1 evaluation16m
Woche
2
3 Stunden zum Abschließen

One photon state in a single mode: particle-like behaviour

In this lesson, you will discover how the quantum optics formalism leads to the particle-like behaviour of a one photon wave-packet. For this, you will have to learn the quantum optics expressions of the simple and joint photodetection signals. A comparison with the semi-classical expressions will illustrate the necessity of quantum optics....
7 Videos (Gesamt 52 min), 2 Lektüren, 5 Quiz
7 Videos
2.1 The semi-classical model of optics9m
2.2 One-photon state in a single mode10m
2.3 Photo-detection signals7m
2.4 Single photo-detection signal for a one photon state4m
2.5 Double photo-detection signal for a one photon state: a fully quantum behavior6m
2.6 Quantum optics: a must9m
2 Lektüren
Homework 2
Correction of Homework 230m
5 praktische Übungen
Video 2.14m
Video 2.22m
Video 2.32m
Video 2.68m
Homework 2 evaluation18m
Woche
3
3 Stunden zum Abschließen

One photon interference: Wave-Particle duality

In this lesson, you will address the fascinating question of a single photon interfering with itself, by calculating the interference pattern for a single photon launched into a Mach-Zehnder interferometer. In order to do it you will first learn how to treat a beam-splitter in quantum optics, a very important tool that you need to know. You will also learn that when you want to describe an optical instrument in quantum optics, it is very useful to master its classical optics description. This lesson is an opportunity to think about the mysterious concept of wave-particle duality, and about the power of the quantum formalism, which can deal consistently with two behaviours apparently contradictory ....
6 Videos (Gesamt 56 min), 3 Lektüren, 4 Quiz
6 Videos
3.1 Beam-splitter in quantum optics16m
3.2 One photon wave-packet on a beam splitter9m
3.3 Mach-Zehnder interferometer in classical optics9m
3.4 One-photon interference5m
3.5 Wave-particle duality: “a quantum mystery”; a consistent formalism7m
3 Lektüren
Homework 3
Homework 3 correction30m
A historical feeble light interference experiment10m
4 praktische Übungen
Video 3.1 Tensor product properties6m
Video 3.2 Transforming photon number operator on a BS2m
Final practice quiz2m
Homework 3 evaluation20m
Woche
4
4 Stunden zum Abschließen

Multimode quantized radiation: quantum optics in a real lab

In the real world there is nothing like purely monochromatic radiation. A correct description of radiation necessarily involves several modes. In this lesson, you will learn how canonical quantization can be easily generalized to the case of several modes, and how various observables or important quantities introduced in the single mode case are expressed in the multimode case. Beyond the formalism that you must learn to be able to read papers and books describing real situtations, you will encounter in this lesson some intriguing features of the quantum formalism: firstly, the unbelievably large size of the space of states, which is the reason for the unlimited potential power of quantum information; secondly, the question of infinities, a problem which was solved by the general procedure of renormalization. Note that optional readings are proposed as resources of some lectures....
8 Videos (Gesamt 60 min), 3 Lektüren, 2 Quiz
8 Videos
4.1 Canonical quantization of multimode radiation14m
4.2 Eigen-states of the Hamiltonian: space of states, energy of the vacuum7m
4.3 Total number of photons2m
4.4 Linear and angular momentum6m
4.5 Field observables: vacuum fluctuations4m
4.6 Photo-detection signals12m
4.7 Conclusion: what you have learned; the quantum vacuum7m
3 Lektüren
Paper of Glauber 1983 on quantum formalism of light10m
Homework 430m
homework 4 corrected30m
2 praktische Übungen
Video 4.46m
Homework 4 evaluation22m
4.8
17 BewertungenChevron Right

Top-Bewertungen

von ANFeb 18th 2019

This course give me a brief idea about single photon. Thank you for providing such a good course.

von RCJul 13th 2017

A course worth taking for those seeking an introduction to Quantum Optics.

Dozenten

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Alain Aspect

Professor
Physics
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Michel Brune

Professor
Physics

Über École Polytechnique

L’École polytechnique associe recherche, enseignement et innovation au meilleur niveau scientifique et technologique mondial pour répondre aux défis du XXIe siècle. En tête des écoles d’ingénieur françaises depuis plus de 200 ans, sa formation promeut une culture d’excellence scientifique pluridisciplinaire, ouverte dans une forte tradition humaniste. ...

Häufig gestellte Fragen

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  • There is no obligation, but the notions learned in this course will be necessary to follow the second course, which will present interaction between matter and quantized radiation, absorption, stimulated emission and spontaneous emission of photons, squeezed light, entangled photons, quantum treatment of non-linear optics, and applications to quantum technologies, etc...

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