量子光学课程教学大纲

1、量子光学课程教学大纲Course Outline课程基本信息（Course Information）课程代码（Course Code）PH432*学时（Credit Hours）64*学分（Credits）4*课程名称（Course Title）（中文）量子光学（英文）Quantum Optics*课程性质（Course Type）课堂授课授课对象（Target Audience）致远学院物理方向本科生，物理与天文学院本科生*授课语言(Language of Instruction)英语或双语*开课院系（School）物理与天文学院先修课程（Prerequisite）量子力学，光学授课教师（I

2、nstructor）金贤敏课程网址(Course Webpage)*课程简介（Description）本课程将以量子力学和光学为基础，以量子信息科学与技术为牵引并贯穿全程，探索和理解光的量子化概念以及光量子态的产生和探测。通过本课程的学习，学生将理解物质的量子化，光子统计，光子聚束效应；学习各种光量子态包括相干态、压缩态和光子数态。通过四个专题，全面了解量子光学的最新研究前沿和量子物理与量子信息动态，包括量子纠缠与量子隐形传态、量子通信、量子计算和量子模拟等。*课程简介（Description）Quantum Optics is a fundamental and advanced cours

3、e based on quantum mechanics and classical optics. In this course, by studying the state of art of quantum information science and technologies, we will explore and understand the concept of quantization of light, the generation and detection of optical quantum states. To be specific, we will learn

4、quantization of matter, photon statistics, photon bunching, and representative quantum states including coherent states, squeezed states, and photon number states. We will also learn the progresses recently made in the frontiers of quantum physics and quantum information, including quantum entanglem

5、ent and quantum teleportation, quantum communications, quantum computing and quantum simulation.课程教学大纲（course syllabus）*学习目标(Learning Outcomes)1掌握量子光学基本概念和原理2掌握量子信息基本概念和原理3了解量子信息和技术现状和展望4学会在量子光学与量子信息领域进行文献调研5初步学会构思和开展相关研究课题和奇思妙想*教学内容、进度安排及要求(Class Schedule&Requirements)教学内容学时教学方式作业及要求基本要求考查方式第一章

6、 （第1周，4学时）1. An introduction to the course 2. Perspective: quantum communications3. Perspective: quantum computing4. Perspective: test of fundamental problems 4授课课间回答问题大作业第二章 （第2周，4学时）1. Quantized states in atoms2. The harmonic oscillator3. The SternGerlach experiment and quantum measurement4. Radia

7、tive transitions: the width and shape of spectral lines4授课课间回答问题大作业第三章 （第3周，4学时）1. Photon-counting statistics2. Coherent light: Poissonian photon statistics4授课课间回答问题大作业第四章 （第4周，4学时）1. Classification of light by photon statistics2. Super-Poissonian light3. Sub-Poissonian light4授课课间回答问题大作业第五章 （第5周，4学时

8、）1. Degradation of photon statistics by losses2. Exercise class4授课课间回答问题大作业第六章 （第6周，4学时）1. Quantum theory of photodetection2. Shot noise in photodiodes3. Observation of sub-Poissonian photon statistics4授课课间回答问题大作业第七章 （第7周，4学时）1. The intensity interferometer2. Hanbury BrownTwiss experiments and class

9、ical intensity fluctuations3. The second-order correlation function4授课课间回答问题大作业第八章 （第8周，4学时）1. Hanbury BrownTwiss experiments with photons2. Photon bunching and antibunching3. Experimental demonstrations of photon antibunching4. Single-photon sources4授课课间回答问题大作业第九章 （第9周，每周4学时）1. Hong-Ou-Mandel inter

10、ference2. Quantum dense coding3. Exercise class4授课课间回答问题大作业第十章 （第10周，4学时）1. Quantum teleportation2. Multi-photon entanglement4授课课间回答问题大作业第十一章 （第11周，4学时）1. Quantum nonlocality2. CNOT gate3. HOM interference in complex optical network4授课课间回答问题大作业第十二章 （第12周，4学时）1. Light waves as classical harmonic osci

11、llators 2. Phasor diagrams and field quadratures3. Light as a quantum harmonic oscillator4. The vacuum field5. Coherent states6. Shot noise and numberphase uncertainty4授课课间回答问题大作业第十三章 （第13周，4学时）1. Squeezed states2. Detection of squeezed light3. Generation of squeezed states4. Quantum noise in amplif

12、iers4授课课间回答问题大作业第十四章 量子通信专题（第14周，每周4学时）4讨论会口头报告报告第十五章 量子计算专题（第15周，每周4学时）4讨论会口头报告报告第十六章 量子模拟专题（第16周，每周4学时）4讨论会口头报告报告*考核方式(Grading)（1） 课程中在给定的题目中选择一个，展开充分调研，做一次报告（占总成绩的50%）。（2） 课程末写一篇研究计划或者设想的论文，可以是基于2）中调研课题的延伸，也可以是结合自己所处研究组所从事的研究与量子光学交叉结合的研究设想（50%）。*教材或参考资料(Textbooks & Other Materials)(1) Quantum Optics, Mark Fox.(2) Introduction to Quan