Descripción y contextualización de la asignatura

Esta asignatura abarca conceptos fundamentales y avanzados de óptica cuántica y su relevancia en la información y tecnologías cuánticas. Se comienza con una visión general de la cuantización de campos, centrándose en campos de modo único, fluctuaciones del vacío y espacio de fases. Se introducen los sistemas cuánticos de dos niveles, incluyendo la Aproximación de Onda Rotante, modelos semiclásicos, oscilaciones de Rabi, el Efecto Stark AC y las transiciones de Landau-Zener. Se examina la interacción entre la luz y la materia a través del modelo de Jaynes-Cummings. Además, se aborda la interferometría y los elementos ópticos, cubriendo la teoría de divisores de haz, fuentes de luz, polarizadores y experimentos clave como el interferómetro de Michelson y el efecto Hong-Ou-Mandel. Finalmente, se introducen los sistemas cuánticos abiertos y la decoherencia, discutiendo la ecuación maestra, las fuentes de ruido y las implicaciones de la decoherencia para la escalabilidad de las tecnologías cuánticas.

Resultados del aprendizaje de la asignatura

Conocimientos o contenidos

RCO1. Ser capaz de explicar las bases fundamentales del mundo cuántico a nivel básico, así como a nivel técnico.

RCO2. Conocer la literatura básica sobre mecánica cuántica y ser capaz de leer con aprovechamiento artículos de investigación.

RCO3. Ser capaz de iniciar el desarrollo de ideas y aplicaciones originales en el contexto de la investigación en física cuántica.

RCO4. Tener la capacidad para investigar de manera individual, sintetizar y presentar de manera clara y estructurada cuestiones complejas relacionadas con las diversas áreas de conocimiento de la mecánica cuántica abordadas en el marco de este programa de máster.

RCO5. Capacidad bajo supervisión para redactar y defender un trabajo original, con el objetivo de cumplir con los estándares de calidad exigidos para su publicación en revistas indexadas en bases de datos de alto impacto.

RCO6. Ser capaz de identificar oportunidades de innovación y transferencia tecnológica en el ámbito de la ciencia y la tecnología cuánticas.

RCO12. Conocer la literatura básica de las aplicaciones de la mecánica cuántica al área de las Tecnologías Cuánticas.



Competencias

RC1. Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación.

RC2. Aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio.

RC3. Tener la capacidad de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios.

RC4. Capacidad de comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades.

RC5. Poseer las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo.



Habilidades o destrezas

HE= Habilidades de amplio espectro

RHE1. Tener capacidad de utilizar con las herramientas de búsqueda de recursos bibliográficos.

RHE2.Tener capacidad crítica para leer artículos de investigación e incorporar los resultados a su trabajo.

RHE3. Ser capaz de redactar y presentar un trabajo original en alguna de las lenguas oficiales y en inglés.

RHE4. Capacidad para comunicar de forma clara y efectiva conceptos y resultados científicos, tanto a audiencias especializadas como no especializadas, mediante presentaciones y publicaciones.

RHE5. Capacidad para aprender de manera autónoma y mantenerse actualizado en los avances científicos y tecnológicos.



HT= Habilidades específicas del título

RHT1. Comprender y aplicar los principios fundamentales de la mecánica cuántica para analizar y resolver problemas en el ámbito de la investigación básica en ciencia cuántica.

RHT2. Comprender y aplicar los principios fundamentales de la mecánica cuántica para analizar y resolver problemas en el ámbito de la tecnología cuántica.

RHT3. Incorporarse provechosamente a un proyecto de investigación fundamental o aplicada involucrando aspectos cuánticos y de resolver problemas en entornos multidisciplinares.

RHT5. Evaluar y seleccionar las herramientas y técnicas adecuadas para la obtención de aplicaciones tecnológicas basadas en la física cuántica.

RHT6. Integrarse en una empresa orientada al desarrollo de tecnologías cuánticas, contribuyendo tanto al avance de su investigación y desarrollo como a la implementación de nuevas estrategias basadas en los principios de la mecánica cuántica.

Temario

Introduction. Scope and aim of the course: Quantum Optics as a generic vehicle for quantum information and technologies, brief history.

Field Quantization. Quantisation of a single-mode field, vacuum fluctuations, quadrature operators and phase space, thermal fields, quantum phase.

Two-Level Quantum Systems. Rotating Wave Approximation, semiclassical model, Rabi oscillations, Rabi model, AC Stark Effect, dressed states, adiabatic passage, Landau Zener, sideband cooling.

Light-Matter interaction. Atom-field interactions, the Jaynes-Cummings model, The Jaynes-Cummings model with large detuning: a dispersive interaction.

Interferometry and Optical Elements. Theory of beam splitters, sources of light, SPDC, polarisers, optical fibre, Michelson interferometer, Hanbury-Brown and Twiss, Hong-Ou-Mandel.

Open Quantum Systems and Decoherence. Introduction to master equation, sources of noise, preservation of coherence and decoherence, implications in the scalability of quantum technologies.

Bibliografía

Materiales de uso obligatorio

Bibliografía básica

Introductory Quantum Optics by Gerry and Knight (Cambridge)

Quantum Continuous Variables by Alessio Serafini (Taylor and Francis)

Quantum Optics by Fox (Oxford)

Introduction to Quantum Optics by Grynberg, Aspect and Fabre (Cambridge)

Bibliografía de profundización

Additional material is provided via Egela (other books, articles, news, and auxiliary notes for specific topics).