Nach positiver Absolvierung der Lehrveranstaltung sind Studierende in der Lage die Grundlagen der Quantenoptik zu verstehen. Die Quantenoptik ist die Lehre von den intrinsischen Quanteneigenschaften des Lichts. Sie bildet den Rahmen für viele grundlegende Aspekte der Quantenphysik, wie z. B. Kohärenz und Quantenverschränkung, und bildet die Grundlage für die heutigen Quantentechnologien, wie z. B. Quantencomputer und Quantenkommunikation.

Dieser Kurs gibt eine Einführung in das Gebiet der Quantenoptik und richtet sich an Masterstudenten der Physik. Die Vorlesungen werden mit einem wöchentlichen Journal Club kombiniert. Wir werden die Quanteneigenschaften des Lichts, seine Wechselwirkung mit der Materie auf der Ebene einzelner Photonen und Atome und seine Anwendungen in modernen Quantentechnologien untersuchen.

Im Einzelnen werden wir folgende Themen behandeln:

• Semiklassische Licht-Atom-Wechselwirkung, optische Bloch-Gleichungen
• Quantisierung des elektromagnetischen Feldes
• Fock-Zustände, kohärente Zustände, gequetschte Zustände
• Quantisierte Licht-Atom-Wechselwirkung, Jaynes-Cummings-Modell
• Das Bild des angezogenen Zustands, Quanten-Rabi-Oszillationen
• Wigner-Weisskopf-Theorie der spontanen Emission
• Resonanz-Fluoreszenzspektrum von Atomen
• Verschränkung, EPR-Experimente und Bellsche Ungleichungen
• Schrödinger-Katzenzustände
• Quantenteleportation
• Quantenkryptographie
• Quantencomputer und Quantensimulationen mit Ionenfallen und neutralen Atomen

Beispiele.

The first lecture will take place on Thursday, 5.10.2023 at 11:00 am s.t., where all further dates for the individual lectures will be discussed.

All further information about the course will be announced via TISS. To receive this information, please make sure that you are registered for the course.

Mündliche Prüfung am Ende der Vorlesung:

• Dauer: 25 Minuten
• relevanter Stoff: Vorlesungsskript und Übungsblätter
• besprochene Journal-Artikel sind nicht relevant, zusätzliches Wissen kann aber als Bonus gewertet werden
• Stift und Papier werden bereitgestellt, keine weiteren Hilfsmittel erlaubt

Prüfungstermine: 13. und 22. Februar, jeweils 9-13.30 Uhr

Anmeldung bis 31.01. : via TISS

Anmeldung ermöglicht Zugriff auf Vorlesungsunterlagen und Seminarthemen.

S. Haroche and J.-M. Raimond, "Exploring the Quantum"
D.F. Walls and G. Milburn, "Quantum Optics"
R. Loudon "The quantum theory of Light"
M. Scully and M. Zubrairy "Quantum Optics"

Basic knowledge in quantum mechanics (e.g. the lecture "Quantum Mechanics 1"), and atomic physics (e.g. the lecture "Atomic, Nuclear, and Particle Physics 1").