PHY562 - Quantum Physics: Photons (2022-2023)

Quantum Optics: photons

Quantum Optics 2 (PHY 562) deals with the quantization of the electromagnetic field, the notion of photons, and the interaction between matter and quantized radiation. It addresses topics at the heart of modern quantum optics, from squeezed states of light to single-photon sources and entangled photon pairs, which play a key role in the emerging field of quantum information.

Topics covered:

  • Quantization of the electromagnetic field: Hamiltonian formalism, canonical quantization
  • Quantized free radiation: Quasi-classical states, squeezed states, single-photon states
  • Heisenberg equations, interferometry beyond standard photon noise
  • Quantized radiation-atom interaction; Spontaneous emission
  • Nonlinear optics: Classical treatment, quantum treatment, twin photon pairs
  • Optical Bloch equations; Weisskopft-Wigner treatment; Density matrix; Quantum effects in atom-laser interaction
  • Photon entanglement; Applications in quantum information


Level required : PHY430 - Advanced Quantum Physics and PHY433 - Statistical Physics

Course language : English (unless all students are French speaking)

ECTS credits : 5



Optique quantique : photons

Le cours d’Optique Quantique 2 (PHY 562) traite de la quantification du champ électromagnétique, de la notion de photons, et de l'interaction entre la matière et le rayonnement quantifié. Il permet d’aborder les sujets au cœur de l’optique quantique moderne, des états comprimés de la lumière aux sources à un seul photon et aux paires de photons intriqués, qui jouent un rôle essentiel dans le domaine nouveau de l’information quantique.

Sujets traités :

  • Quantification du champ électromagnétique : Formalisme hamiltonien, quantification canonique
  • Le rayonnement libre quantifié : Etats quasi-classiques, états comprimés, états à un photon
  • Equations de Heisenberg, interférométrie au delà du bruit de photons standard
  • Interaction atome-rayonnement quantifié ; Emission spontanée
  • Optique non-linéaire : Traitement classique, traitement quantique, paires de photons jumeaux
  • Equations de Bloch optiques ; Traitement de Weisskopft-Wigner ; Matrice densité ; Effets quantiques dans l’interaction atome-laser
  • Intrication de photons ; Applications en information quantique


Niveau requis : PHY430 - Physique quantique avancée et PHY433 - Physique statistique

Langue du cours : Anglais (sauf si tous les élèves sont francophones)

Credits ECTS : 5