Mål- og indholdsbeskrivelse
Dette kursus giver en introduktion til fysik i grænseområdet mellem atomfysik, kvanteoptik og condensed-matter fysik, som er et yderst aktivt felt såvel her på instituttet som på verdensplan. Eksperimenterne foretages typisk på en sky af atomer eller ioner, fanget i en fælde og kølet ned til ekstremt lave temperaturer eller ved brug af laserlyskilder med specielle kvantekorrelerede fotoner. Kurset vil derfor give en introduktion til forskellige laserkølingsteknikker, teknikker til at fange ioner og atomer, samt teknikker til frembringelse af ikke-klassiske tilstande af strålingsfeltet.
Neutral-atom delen af kurset lægger ud med at diskutere magnetiske og optiske fælder for neutrale atomer, samt fordampningskøling, som muliggør nedkøling til nano-Kelvin temperaturer. Så tæt ved det absolutte nulpunkt er gassens egenskaber bestemt af atomernes angulære moment, dvs. hvorvidt de er bosoner eller fermioner. Bosoner kondenserer i grundtilstanden og danner et Bose-Einstein kondensat (BEC). Statistisk fysiske aspekter af BEC vil blive diskuteret, efterfulgt af en introduktion til middelfeltsteori. Derefter vil udvalgte BEC eksperimenter blive diskuteret, bl.a. omhandlende interferens, atom-lasere, kollektive excitationer og kvante-faseovergange i optiske gitre. Neutral-atom delen afsluttes med en introduktion til kvante-degenererede fermi-gasser.
Ion-delen af kurset vil først fokusere på eksperimenter med få ioner omhandlende fundamental kvantefysisk, så som kvantespring, kvante-Zeno-effekten, kvantetilstands-præparation, dannelse af "sub/super radiant"-tilstande, samt kvantelogiske enheder, der kan benyttes til kvantecomputere. Dernæst vil de ordnede strukturer, Coulomb-krystaller, som større samlinger af kolde ioner danner ved meget lave temperaturer blive behandlet. De forskellige rumlige strukturer af mono- og multi-komponent Coulomb krystaller vil blive diskuteret, og anvendelse af sympatisk kølede ioner i multi-komponent Coulomb krystaller i forbindelse med dannelse af kolde molekylioner og lyslagring blive gennemgået.
Endelig vil vi i delen omhandlende ikke-klassisk lys beskæftige os med det kvantiserede elektromagnetiske felt, herunder forskellige metoder til at karakterisere ikke-klassiske tilstande af lys, kvantestøj og kvantebits. Vi vil se på såkaldte ”Squeezede” tilstande, Fock tilstande samt ”Schrödinger's kat” tilstande, samt hvorledes disse kan produceres i kvanteoptiske eksperimenter. Herved vil nogle ikke-lineære optiske instrumenter som 2. harmonisk generatorer og optiske parametriske forstærkere blive gennemgået. Endelig vil potentielle anvendelsesmuligheder for ikke-klassisk lys, især indenfor kvanteinformation, blive berørt igennem eksperimentelle emner som kvanteteleportation, kvantehukommelse og kvantekryptografi.
Lærebog
Udleverede artikler og noter
Lærere
Michael Drewsen, Jens Lykke Sørensen og Michael Budde
Form og omfang
Forelæsninger samt oplæg fra studerende, 4 timer pr uge.
Eksamens-, bedømmelses- og censurform
Bestået/ikke bestået på grundlag af kursusaktivitet
Point/ECTS
1 point/5 ECTS.
Kvarter
3. og 4. kvarter, F2004.