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）
2、 物理与天文学院 先修课程 （ Prerequisite） 量子力学，光学 授课教师 （ Instructor） 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 （ Descr
3、iption） Quantum Optics is a fundamental and advanced course 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
4、 of optical quantum states. To be specific, we will learn 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 ph
5、ysics and quantum information, including quantum entanglement 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
6、 *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 （第 1 周， 4 学时） 1. An introduction to the course 2. Perspective: quantum communications 3. Perspective: quantum computing 4. 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
7、 atoms 2. The harmonic oscillator 3. The SternGerlach experiment and quantum measurement 4. Radiative transitions: the width and shape of spectral lines 4 授课 课间回答问题 大作 业 第三章 （第 3 周， 4 学时） 1. Photon-counting statistics 2. Coherent light: Poissonian photon statistics 4 授课 课间回答问题 大作 业 第四章 （第 4 周， 4 学时）
8、 1. Classification of light by photon statistics 2. Super-Poissonian light 3. Sub-Poissonian light 4 授课 课间回答问题 大作 业 第五章 （第 5 周， 4 学时） 1. Degradation of photon statistics by losses 2. Exercise class 4 授课 课间回答问题 大作 业 第六章 （第 6 周， 4 学时） 1. Quantum theory of photodetection 2. Shot noise in photodiodes 3.
9、 Observation of sub-Poissonian photon statistics 4 授课 课间回答问题 大作 业 第七章 （第 7 周， 4 学时） 1. The intensity interferometer 2. Hanbury BrownTwiss experiments and classical intensity fluctuations 3. The second-order correlation function 4 授课 课间回答问题 大作 业 第八章 （第 8 周， 4 学时） 1. Hanbury BrownTwiss experiments wit
10、h photons 2. Photon bunching and antibunching 3. Experimental demonstrations of photon antibunching 4. Single-photon sources 4 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 interference 2. Quantum dense coding 3. Exercise class 4 授课 课间回答问题 大作 业 第十章 （第 10 周， 4 学时） 1. Quantum teleportation 2. M
11、ulti-photon entanglement 4 授课 课间回答问题 大作 业 第十一章 （第 11 周， 4 学时） 1. Quantum nonlocality 2. CNOT gate 3. HOM interference in complex optical network 4 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 oscillators 2. Phasor diagrams and field quadratures 3. Light as a quantum harmon
12、ic oscillator 4. The vacuum field 5. Coherent states 6. Shot noise and numberphase uncertainty 4 授课 课间回答问题 大作 业 第十三章 （第 13 周， 4 学时） 1. Squeezed states 2. Detection of squeezed light 3. Generation of squeezed states 4. Quantum noise in amplifiers 4 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
13、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 Quantum Optics, Gilbert Grynberg, Alain Aspect and Claude Fabre. (3) The Quantum Theory of Light, Rodney Loudon. 其它 （ More） 备注 （ Notes） 备注说明 ： 1 带 *内容为必填项。 2 课程简介字数为 300-500 字；课程大纲以表述清楚教学安排为宜，字数不限。
