Irakasgaiaren azalpena eta testuingurua

Este curso sobre Laboratorios Cuánticos seguirá al curso obligatorio de Óptica Cuántica del primer semestre, aplicando y ampliando los fundamentos aprendidos allí a experiencias reales de laboratorio relacionadas con tecnologías cuánticas de onda de luz modernas, como las comunicaciones y la detección. Aproximadamente la mitad del contenido del curso se dedicará a clases de teoría, con el objetivo de introducir y revisar la física y la historia que subyacen a los experimentos que se llevarán a cabo en la segunda mitad.

Irakasgaia ikastean lortuko diren emaitzak

Ezagutzak edo edukiak:

RCO1. Ikaslea mundu kuantikoaren oinarriak azaltzeko gai izango da, oinarrizko mailan zein maila teknikoan.

RCO2. Ikasleak mekanika kuantikoari buruzko oinarrizko literatura ezagutuko du eta ikerketari lotutako artikuluei probetxu aterako die.

RCO3. Ikaslea gai izango da fisika kuantikoko ikerketaren testuinguruan ideia eta aplikazio originalak garatzen hasteko.

RCO4. Ikaslea gai izango da banaka ikertzeko, modu argi eta egituratuan laburbiltzeko eta aurkezteko master programa honen esparruan landutako mekanika kuantikoaren jakintza arloekin lotutako gai konplexuak.

RCO5. Ikaslea gai izango da ikuskatuta berak sortutako lan bat idazteko eta defendatzeko, inpaktu handiko datu baseetan indexatutako aldizkarietan argitaratzeko eskatzen diren kalitate estandarrak betetzeko.

RCO6. Ikaslea gai izango da zientzia eta teknologia kuantikoaren esparruan berrikuntza eta transferentzia teknologikoko aukerak identifikatzeko.

RCO12. Ikaslea gai izango da mekanika kuantikoak Teknologia Kuantikoen arloan dituen aplikazioen oinarrizko literatura ezagutzeko.



Gaitasunak:

RC1. Ikasleak ideien garapenean eta/edo aplikazioan originalak izateko oinarri edo aukera ematen duten ezagutzak izan eta ulertuko ditu, askotan ikerketaren testuinguruan.

RC2. Ikasleak eskuratutako ezagutzak eta arazoak ebazteko gaitasuna aplikatzeko gai izango da, inguru berrietan edo oso ezagunak ez diren arloetan, bere ikerketa arloarekin lotutako testuinguru zabalagoetan (edo diziplina anitzeko testuinguruetan).

RC3. Ikasleak ezagutzak integratzeko eta informazio osatugabe edo mugatutik abiatuta iritziak formulatzeko konplexutasunari aurre egiteko gai izango da, informazio horrek bere ezagutzen eta iritzien aplikazioari lotutako erantzukizun sozial eta etikoei buruzko gogoetak barne hartzen baditu.

RC4. Ikaslea gai izango da bere ondorioak eta ezagutzak eta horien arrazoiak azaltzeko publiko espezializatuari eta espezializatu gabeko publikoaren, argi eta anbiguetaterik gabe.

RC5. Ikasleak neurri handi batean autozuzenduta edo modu autonomoan ikasten jarraitzea ahalbidetuko duten ikaskuntza gaitasunak izango ditu.



Trebetasunak:



RHE1. Ikasleak iturri bibliografikoetan bilatzeko tresnak erabiltzen jakingo du.

RHE2. Ikasleak ikerketa artikuluak irakurtzeko eta bere lanera gehitzeko gaitasun kritikoa izango du.

RHE3. Ikaslea hitzkuntza ofizialetako batean eta ingelesez berak egindako lan bat idazteko eta aurkezteko gai izango da.

RHE4. Ikasleak argi eta eraginkortasunez kontzeptu eta emaitza zientifikoak helarazteko gaitasuna izango du, publiko espezializatuari zein espezializatu gabeko publikoari, aurkezpen eta argitalpenen bidez.

RHE5. Ikasleak gaitasuna izango du modu autonomoan ikasteko eta aurrerapen zientifiko eta teknologikoen inguruan eguneratuta egoteko.





RHT1. Ikasleak mekanika kuantikoaren oinarrizko printzipioak ulertu eta aplikatuko ditu, zientzia kuantikoko oinarrizko ikerketaren esparruko arazoak aztertu eta ebazteko.

RHT2. Ikasleak mekanika kuantikoaren oinarrizko printzipioak ulertu eta aplikatuko ditu, teknologia kuantikoaren ikerketaren esparruko arazoak aztertu eta ebazteko.

RHT3. Ikaslea probetxuz sartu ahal izango da oinarrizko ikerketa proiektu batean edo ikerketa proiektu aplikatu batean, eta alderdi kuantikoak eta diziplina anitzeko inguruneetan arazoak ebazteko alderdiak aplikatzeko.

RHT5. Ikaslea gai izango da fisika kuantikoan oinarritutako aplikazio teknologikoak lortzeko tresna eta teknika egokiak ebaluatzeko eta hautatzeko.

RHT6. Ikaslea gai izango da teknologia kuantikoak garatzera bideratutako enpresa batean integratzeko, eta horren ikerketan eta garapenean aurrera egiten eta mekanika kuantikoaren printzipioetan oinarritutako estrategia berriak ezartzen lagutzeko.

Irakasgai-zerrenda

Physics of the Laser. History, spontaneous and stimulated emission, multilevel lasing model and rate equations, types and features of lasers, safety measures in laser labs.

Transient laser-matter interactions. Basics of non-stationary coherent interactions of light with matter, applications in time-resolved spectroscopy.

Quantum light sources. Basics of nonlinear quantum optics and frequency mixing, spontaneous parametric down-conversion, squeezing.

Characterization of quantum light states. Heralded single photons and entangled photon pairs, non-classical correlations, Hanbury Brown & Twiss effect, Bell¿s inequalities, quantum-state tomography.

Quantum Interferometry. Wave-particle dualism, single-photon Michelson interferometer, particle indistinguishability, Hong-Ou-Mandel effect.

Quantum Communications. Fundamentals and state-of-the-art, random number generation, quantum key distribution and its protocols.

Quantum Sensing. Fundamentals of magnetometry using nitrogen-vacancy centres.

Uncertainty in experimental science. Fundamentals of uncertainty and error propagation theory.



PRACTICAL EXPERIENCES:

1 ¿ Physics of the Laser: Alignment and beam characterization (spatial profile, M2 measurement); Michelson + Mach-Zehnder interferometry; Diffraction

2 ¿ Time-resolved spectroscopy

3 ¿ Generation of quantum light: Photon pairs and heralded single photons via SPDC. Photon statistics and comparison with coherent states using the second-order correlation function g(2)

4 ¿ Characterization of entanglement and non-classical correlations present in quantum light. Quantum state tomography

5 ¿ Photon indistinguishability and Hong-Ou-Mandel effect

6 ¿ Testing wave-particle duality: Single-photon Michelson and Hanbury Brown & Twiss interferometry

7 ¿ Quantum Key Distribution ¿ BB84 protocol

8 ¿ Quantum sensing using NV centres

Bibliografia

Oinarrizko bibliografia

"Quantum Optics for Experimentalists," Z.-Y. Ou. World Scientific.

"Principles of Lasers" ¿ O. Svelto. Springer.

"Principles of Optics" ¿ M. Born and E. Wolf. Cambridge Univ. Press.

"Nonlinear Optics" ¿ R. W. Boyd. Academic Press.

"Introduction to Quantum Optics" ¿ C.C. Gerry and P.L. Knight. Cambridge Univ. Press.

"Quantum Optics: An Introduction" ¿ M. Fox. Oxford Univ. Press.

"The Quantum Theory of Light" ¿ R. Loudon. Oxford Univ. Press.

"Quantum Optics" ¿ M. O. Scully and M. S. Zubairy. Cambridge Univ. Press.

Aldizkariak

List of relevant journal references provided by the lecturers.