PHYS-454: Quantum optics and quantum information

Résumé

This lecture describes advanced concepts and applications of quantum optics. It emphasizes the connection with ongoing research, and with the fast growing field of quantum technologies. The topics cover some aspects of quantum information processing, quantum sensing and quantum simulation.

Source officielle

https://edu.epfl.ch/coursebook/fr/quantum-optics-and-quantum-information-PHYS-454

Page Moodle

http://go.epfl.ch/PHYS-454

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vignette|Simulation par matrice de transfert de la dynamique du champ électrique lorsqu'une impulsion est projetée sur une microcavité (en l'occurrence un réflecteur de Bragg avec un défaut au milieu). Une microcavité optique est une structure nanométrique dont les dimensions sont comparables aux longueurs d'onde optiques ; elles sont notamment utilisées pour agir sur l'émission d'émetteurs placés en leur cœur.

Les polaritons sont des quasiparticules issues du couplage fort entre une onde lumineuse et une onde de polarisation électrique. Plusieurs cas de figure sont possibles : L'onde de polarisation est un phonon optique, c’est-à-dire essentiellement l'oscillation mécanique de deux atomes de charge opposée à l'intérieur d'un cristal. Les polaritons phononiques ont été beaucoup étudiés par la spectroscopie Raman dans les années 1970 - 80 et ont permis de mesurer la constante diélectrique à haute fréquence dans les semiconducteurs.

Un semi-conducteur est un matériau qui a les caractéristiques électriques d'un isolant, mais pour lequel la probabilité qu'un électron puisse contribuer à un courant électrique, quoique faible, est suffisamment importante. En d'autres termes, la conductivité électrique d'un semi-conducteur est intermédiaire entre celle des métaux et celle des isolants. Le comportement électrique des semi-conducteurs est généralement modélisé, en physique de l'état solide, à l'aide de la théorie des bandes d'énergie.

L’émission spontanée désigne le phénomène par lequel un système quantique placé dans un état excité retombe nécessairement dans un état de plus basse énergie, par émission d’un photon. Contrairement à l’émission stimulée, ce phénomène se produit sans intervention extérieure. Lorsque l’excitation n’est pas due à la chaleur, on parle de luminescence. Dès 1887, le physicien allemand Heinrich Hertz parvint expérimentalement à mettre en évidence l’émission de lumière par des charges électriques.

Laser linewidth is the spectral linewidth of a laser beam. Two of the most distinctive characteristics of laser emission are spatial coherence and spectral coherence. While spatial coherence is related to the beam divergence of the laser, spectral coherence is evaluated by measuring the linewidth of laser radiation. The first human-made coherent light source was a maser. The acronym MASER stands for "Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation". More precisely, it was the ammonia maser operating at 12.