Física (plan 2002) 2024-1

Optativas, Introducción a la Óptica Cuántica

Información importante:

Horario: LUNES Y MIERCOLES DE 12 PM A 2 PM

Primera reunción: Lunes 14 de agosto a las 12 pm

*****Seguimos esperando asignación de salón, si no tenemos un salón asignado para el 14 de agosto entonces la primera reunión sera por Zoom******

IMPORTANTE: Enviar correo al ayudante César Bertoni: bertoni@ciencias.unam.mx

para que los integre al grupo de whatsapp del curso y darles información sobre la primera reunión.

Introducción

La estrategia del curso consiste en los siguientes ejes:

• El curso está dividido en dos partes: Una parte teórica (ver temario más abajo) impartida por el Dr. U’Ren y una parte experimental impartida por el Dr. Cruz.

• El curso es presencial: La parte teórica será impartida en la Facultad de Ciencias y la parte experimental será impartida en el Laboratorio de Óptica Cuántica del ICN..

• Se impartirá una introducción a los métodos experimentales de frontera respecto a la detección de fotones individuales y se dará una explicación de los experimentos que se van a realizar.

• Realizar demostraciones de experimentos en el laboratorio de óptica cuántica del ICN. Se debe resaltar que se usará equipo y material de alta tecnología, usado en la investigación.

• Introducción a realizar simulaciones numéricas de experimentos cuánticos que se van a realizar.

Evaluación

• Tareas 40%.

• Reportes de prácticas 40%.

• Exposición final de un proyecto final 20%.

Dinámica del curso

1. El horario de las clases de teoría y la explicación de la parte experimental ya es fijo, pero cuando se realicen las demostraciones experimentales en el laboratorio del ICN será en horario libre.

2. Así mismo, el estudiante podrá usar el programa de MATLAB (licencia otorgada por la UNAM), o de MATHEMATICA (licencia otorgada por la UNAM).

3. Por favor enviar al ayudante su número de celular para agregarlos al grupo de whatsapp del curso, donde habrá anuncios por parte del profesor y se expondrán las dudas que los alumnos puedan tener durante el desarrollo de sus tareas y sus prácticas.

4. Se entregarán reportes individuales.

5. El proyecto final será por equipo y se evaluará con una exposición al final del semestre

6. Se le ofrece al alumno los siguientes recursos para la parte experimental: Canal de YouTube: https://www.youtube.com/@virtuallabicnunam-fcunam4592

En la siguiente página se encuentran las notas de la prácticas:

http://www.paginaspersonales.unam.mx/archivos/index/alias:hectorcruz

Temario

1. Cuantización del campo electromagnético

i. Derivación de la ecuación de onda

ii. Solución de la ecuación de onda en una región cúbica

iii. Obtención del operador Hamiltoniano para el campo electromagnético

2. Estados no-clásicos del campo electromagnético

i. Estados de Fock

ii. Estados coherentes

iii. Estados comprimidos

3. Breve introducción a la óptica no lineal

i. Procesos ópticos no lineales de segundo orden

ii. Procesos ópticos no lineales de tercer orden

iii. Distinción entre procesos clásicos y cuánticos

4.Procesos paramétricos espontáneos para la generación de parejas de fotones

i. El cuadro de interacción

ii. Proceso de conversión paramétrica descendente

iii. Proceso de mezclado de cuatro ondas espontáneo

iv. Empatamiento de fases

5. Interferometría cuántica

i. El divisor de haz cuántico

ii. Detección homodina y aplicaciones de estados comprimidos

iii. Interferencia de Hong Ou Mandel

iv. Interferencia de Franson

6. Enredamiento cuántico

i. La paradoja de Einstein Podolsky Rosen

ii. El experimento pensado de Bohm para espín ½

iii.No localidad y no realismo

iv. Desigualdades de Bell

v. Correlaciones de polarización en parejas de fotones enredados y violaciones de la desigualdad de Bell.

7. Teoría de coherencia cuántica

i. Coherencia temporal/espacial de primer orden

ii. Coherencia temporal/espacial de segundo orden

iii. Interferómetro de Hanbury Brown Twiss

iv. Amontonamiento y anti-amontonamiento

8. Estados mezcla

i. Funciones de estado y operadores de densidad

ii. La luz térmica como ejemplo de estado mezcla

iii. Distribución de Bose Einstein

iv. Radiación de cuerpo negro

9. Tecnologías cuánticas

Criptografía cuántica como ejemplo de una tecnología cuántica

Bibliografía:

1) “Quantum Theory of Light”, Rodney Loudon

2) “Introductory Quantum Optics” Christopher Gerry y Peter Knight

3) “Optical Coherence and Quantum Optics”, Leonard Mandel and Emil Wolf

4) “Quantum Optics in Phase Space,” Wolfgang P. Schleich (Wiley-VCH, Berlin, 2001)

Lista de prácticas

Las demostraciones contempladas para este semestre:

1. Cristalografía, identificación del eje óptico de un cristal uniaxial.

2. Obtener el espectro angular de la pareja de fotones tipo I o tipo II

3. Interferencia Hong-Ou-Mandel, interferencia cuántica.

4. Posiblemente, si alcanza el tiempo, prueba de la existencia del fotón

Comunicación alumno-profesor

Habrá varias formas de comunicación: correo electrónico, y el classroom.

Respetando los tiempos de descanso de todos los involucrados, toda consulta o ayuda se atenderá dentro del horario de 7am a 5pm.

Si tú tienes algún problema de salud o tus familiares, por favor ponte en contacto con nosotros para ayudarte con respecto a tu desempeño en el curso.