Książka stanowi elementarne wprowadzenie do optyki kwantowej – dynamicznie rozwijającego się działu fizyki, zajmującego się kwantową naturą światła i jego oddziaływaniem z materią.

Obok klasycznych tematów optyki kwantowej, takich jak:

• kwantowanie pola elektromagnetycznego;
• stany spójne;
• kwantowy opis oddziaływania światła z atomem;

autorzy opisali w podręczniku zagadnienia informatyki kwantowej, a m.in.:

• optyczne testy mechaniki kwantowej;
• zastosowania kwantowego splątania do przetwarzania informacji kwantowej;
• kryptografię kwantową.

Wykład jest bardzo przystępny i zawiera wszelkie niezbędne podstawy do zrozumienia przedmiotu, poparte przejrzystymi ilustracjami. Walorem dydaktycznym są liczne zadania oraz obszerna bibliografia.

Rozwiązania zadań są dostępne dla wykładowców na stronie internetowej wydawcy anglojęzycznego oryginału książki: solutions@cambridge.org

Podręcznik jest przeznaczony dla studentów fizyki oraz fizyków zajmujących się: optyką kwantową, mechaniką kwantową, fizyką atomową, optyką atomową i cząteczkową, fizyką laserów, spektroskopią atomową i molekularną oraz optoelektroniką.

Autorzy to czołowe postacie w dziedzinie optyki kwantowej.

Rozdziały:

1. Wstęp
1.1. Zakres i cel książki
1.2. Rys historyczny
1.3. Układ książki

2. Kwantowanie pola
2.1. Kwantowanie pola jednomodowego
2.2. Fluktuacje kwantowe pola jednomodowego
2.3. Operatory kwadratur dla pola jednomodowego
2.4. Pola wielomodowe
2.5. Pola termiczne
2.6. Fluktuacje próżni i energia drgań zerowych
2.7. Faza kwantowa
Zadania

3. Stany spójne
3.1. Stany własne operatora anihilacji i stany o najmniejszej nieoznaczoności
3.2. Przesunięte stany próżni
3.3. Paczki falowe i ewolucja
3.4. Wytwarzanie stanów spójnych
3.5. Dalsze właściwości stanów spójnych
3.6. Stany spójne w przestrzeni fazowej
3.7. Operator gęstości i rozkład prawdopodobieństwa w przestrzeni fazowej
3.8. Funkcje charakterystyczne
Zadania

4. Emisja i absorpcja promieniowania przez atomy
4.1. Oddziaływanie atomu z polem
4.2. Oddziaływanie atomu z polem klasycznym
4.3. Oddziaływanie atomu z polem kwantowym
4.4. Model Rabiego
4.5. W pełni kwantowy model Jaynesa–Cummingsa
4.6. Stany ubrane
4.7. Operator gęstości: opis stanów termicznych
4.8. Model Jaynesa–Cummingsa w przypadku dużego odstrojenia: oddziaływanie dyspersyjne
4.9. Rozwinięcia modelu Jaynesa–Cummingsa
4.10. Rozkład Schmidta i entropia von Neumanna w modelu Jaynesa–Cummingsa
Zadania

5. Kwantowe funkcje spójności
5.1. Klasyczne funkcje spójności
5.2. Kwantowe funkcje spójności
5.3. Interferencja Younga
5.4. Funkcje spójności wyższego rzędu
Zadania

6. Dzielniki wiązki i interferometry
6.1. Doświadczenia z pojedynczymi fotonami
6.2. Kwantowy opis dzielników wiązki
6.3. Interferometria jednofotonowa
6.4. Detekcja bez oddziaływania
6.5. Interferometria światła w stanie spójnym
Zadania

7. Światło nieklasyczne
7.1. Ściskanie kwadraturowe
7.2. Wytwarzanie światła ściśniętego kwadraturowo
7.3. Detekcja światła ściśniętego kwadraturowo
7.4. Stany o ściśnięciu amplitudowym (liczby fotonów)
7.5. Antygrupowanie fotonów
7.6. Stany kota Schrodingera
7.7. Dwumodowe stany ściśnięte próżni
7.8. Ściśnięcie wyższego rzędu
7.9. Szerokopasmowe światło ściśnięte
Zadania

8. Oddziaływania dysypacyjne i dekoherencja
8.1. Wstęp
8.2. Układy pojedyncze czy zespoły?
8.3. Pojedyncze układy
8.4. Atomy trójpoziomowe: dynamika telegraficzna
8.5. Dekoherencja
8.6. Wytwarzanie stanów spójnych w wyniku dekoherencji: równowaga optyczna
8.7. Podsumowanie
Zadania

9. Optyczne sprawdziany mechaniki kwantowej
9.1. Źródła fotonów: spontaniczne parametryczne obniżenie częstości
9.2. Interferometr Honga–Ou–Mandela
9.3. Gumka kwantowa
9.4. Spójność wymuszona
9.5. Nadświetlne tunelowanie fotonów
9.6. Optyczny sprawdzian teorii realizmu lokalnego i twierdzenia Bella
9.7. Doświadczenie Fransona
9.8. Zastosowanie światła o obniżonej częstości w metrologii bez wzorców bezwzględnych
Zadania

10. Elektrodynamika kwantowa we wnęce i w pułapce jonowej
10.1. Atomy rydbergowskie
10.2. Oddziaływanie atomów rydbergowskich z polem we wnęce
10.3. Doświadczalne sprawdzenie przewidywań modelu Jaynesa–Cummingsa
10.4. Wytwarzanie stanów splątanych atomów we wnęce
10.5. Wytwarzanie stanów kota Schrodingera w wyniku oddziaływań dyspersyjnych atom–pole i dekoherencja
10.6. Nieniszczący pomiar kwantowy liczby fotonów
10.7. Oddziaływanie Jaynesa–Cummingsa dla ruchu jonu w pułapce
10.8. Uwagi końcowe
Zadania

11. Zastosowania splą tania: interferometria z ograniczeniem heisenbergowskim i kwantowe przetwarzanie informacji
11.1. Korzyści ze splątania
11.2. Splątanie i pomiary interferometryczne
11.3. Teleportacja kwantowa
11.4. Kryptografia
11.5. Szyfrowanie z kluczem prywatnym
11.6. Szyfrowanie z kluczem publicznym
11.7. Kwantowy generator liczb losowych
11.8. Kryptografia kwantowa
11.9. Perspektywy komunikacji kwantowej
11.10. Bramki kwantowe
11.11. Optyczne bramki kwantowe
11.12. Dekoherencja i kwantowa korekcja błędów
Zadania

Dodatek A. Operator gęstości, stany splątane, rozkład Schmidta i entropia von Neumanna
Dodatek B. Bardzo krótka opowieść o kwantowej teorii pomiarów
Dodatek C. Wyznaczenie hamiltonianu efektywnego dla oddziaływań dyspersyjnych (dalekich od rezonansu)
Dodatek D. Optyka nieliniowa i spontaniczne parametryczne obniżenie częstości