Enseignants : Nicolas Treps et Christine Guerlin (Laboratoire Kastler Brossel, SU)
Ce cours propose une introduction aux concepts de base et aux outils principaux de l’optique quantique. Il décrit ensuite un certain nombre d’applications, comme la génération d’états non-classiques de la lumière (états à un photon, états comprimés, états intriqués) et l’interaction champ-atome à l’intérieur d’une cavité optique (électrodynamique quantique en cavité).
• Qu’est-ce que la lumière ? Introduction par la description d’expériences fondatrices.
• Formalisme de l’opérateur densité. Etats purs, superposition statistique, système non isolé, pureté, intrication.
• Quantification du champ ◦ décomposition en modes, identification des variables conjuguées, quantification ◦ rappel sur l’algèbre des a a+, ◦ opérateurs hamiltonien, quantité de mouvement ◦ base de modes et base des états.
• Quelques états du champ : ◦ le vide et ses propriétés ; ◦ états monomodes, quadratures, relation de Heisenberg sur les quadratures, états à un photon, état de Fock, de Glauber, chats de Schrödinger, états comprimés, fonction de Wigner ◦ états multimodes, intrication, états à deux photons◦
• Production des champs quantiques ◦ approche quantique de l’interaction matière-lumière : avec atome à deux niveaux, avec milieu non-linéaire du deuxième ordre ◦ émission spontanée, fluorescence paramétrique, production d’états comprimés et intriqués ◦ production déterministe ou conditionnelle d’états à un photon ◦
• Propagation et détection des champs quantiques ◦ photodétection simple, en coïncidence ◦ relations d’entrée sortie ◦ approche quantique des interférences lumineuses ◦ fluctuations d’intensité dans différents dispositifs : atténuateurs, amplificateurs ◦ détection homodyne et tomographie quantique ◦ expériences de coïncidence, Hong Ou Mandel, effet des pertes.
Electrodynamique quantique en cavité
• Hamiltonien de Jaynes Cummings, états « habillés »
• Emission spontanée intracavité, régimes de couplage faible et fort, facteur de Purcell
Ce cours inclut des TD et un TP
