Atoms and Photons - Département de Physique de l'Ecole Normale supérieure

Les atouts de la formation Programme, cours et calendrier M1 ICFP 2023-2024 Emploi du temps 2023-2024 Liste des cours Stages Programme, cours et calendrier M1 ICFP 2022-2023 Emploi du temps 2022-2023 Liste des cours Stages Programme, cours et calendrier M2 ICFP 2023-2024 Premier semestre Deuxième semestre CORRESPONDANTS PARCOURS MATIERE CONDENSEE CORRESPONDANTS PARCOURS SOFT MATTER AND BIOLOGICAL PHYSICS CORRESPONDANTS PARCOURS PHYSIQUE QUANTIQUE CORRESPONDANTS PARCOURS PHYSIQUE THEORIQUE Suggestions for course compositions depending on your interests "Physics Now" Seminars 2019/2020 "Physics Now" Seminars 2020/2021 "Physics Now" Seminars 2021/2022 "Physics Now" Seminars 2023/2024 "Physics Now" Seminars 2022/2023 Stages Calendar 2023-2024 Programme, cours et calendrier M2 ICFP 2022-2023 Premier semestre Deuxième semestre CORRESPONDANTS PARCOURS MATIERE CONDENSEE CORRESPONDANTS PARCOURS SOFT MATTER AND BIOLOGICAL PHYSICS CORRESPONDANTS PARCOURS PHYSIQUE QUANTIQUE CORRESPONDANTS PARCOURS PHYSIQUE THEORIQUE Suggestions for course compositions depending on your interests "Physics Now" Seminars 2019/2020 "Physics Now" Seminars 2020/2021 "Physics Now" Seminars 2021/2022 "Physics Now" Seminars 2022/2023 Stages Calendar 2022-2023 Critères d’admission Candidatures en ligne Information pour les étudiants Information pour les étudiants internationaux Droits d’inscription et bourses Insertion professionnelle Intranet Master Archives Erreur ( A supprimer) Programme, cours et calendrier M1 ICFP 2021-2022 Programme, cours et calendrier M1 ICFP 2022-2023 Programme, cours et calendrier M2 ICFP 2021-2022 Programme, cours et calendrier M2 ICFP 2020-2021 Programme, cours et calendrier M2 ICFP 2019-2020 Archives 2015-2016 Archives 2016-2017 Archives 2017-2018 Archives 2018-2019 Archives 2019-2020 Archives 2020-2021

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Parcours Physique Quantique = cours obligatoire

Enseignant : Hélène Perrin

Chargés de TD : Tarik Yefsah et Clément Sayrin

Nombre d’ECTS : 6

Langue d’enseignement : Anglais

Modalités d’examen : Oral de 30 minutes, sur un sujet que l’étudiant découvrira au début de l’oral, avec des questions et un dialogue avec l’examinateur. Cet examinateur sera l’un des trois enseignants de l’équipe pédagogique : Hélène Perrin, Clément Sayrin ou Tarik Yefsah.

Description

Lectures notes :
Lectures notes in English, handouts of the courses slides and texts of former exams are available at http://www-lpl.univ-paris13.fr/bec (follow Group members/Hélène Perrin)

Bibiliography
. C. Cohen-Tannoudji, J. Dupont-Roc and G. Grynberg, “An introduction to quantum electrodynamics” and “Photons and atoms”, Wiley, 1992
. S. Haroche and J.-M. Raimond “Exploring the quantum”, OUP 2006
. G. Grynberg, A. Aspect and C. Fabre, “Introduction to Quantum Optics”, Cambridge University Press (2010)
. C. Cohen-Tannoudji and D. Guéry-Odelin “Advances in atomic physics : an overview”, World Scientific 2012

Program
1) Classical and phenomenological approaches to light-matter coupling. Harmonically bound electron, Einstein’s coefficients.
2) Semi-classical approach. Atom-field interaction Hamiltonian. Perturbative solution for the non-resonant interaction. Resonant interaction : Rabi oscillation and applications, Ramsey interferometry. Atomic relaxation : Kraus processes, Lindblad equations and quantum jumps. Optical Bloch equations and applications : saturation, saturation spectroscopy, EIT, Maxwell-Bloch equations, slow light.
3) Field quantization. Eigenmodes of the classical field, normal variables, field energy, momentum and angular momentum. Field Hamiltonian, creation and annihilation operators, field operators. Quantum states of the field : Fock states, coherent states. Phase space representations, Wigner function. Coupling of field modes : beam-splitter model. Field relaxation : Lindblad equation and evolution of states.
4) Quantum field coupled with quantum matter. Atom-field interaction. Spontaneous emission. Photo-detection signals and intensity correlations, Hanbury-Brown and Twiss, bunching and anti-bunching. Jaynes and Cummings model, cavity quantum electrodynamics. Applications : from Purcell effect to strong coupling. Collective emission, super-radiance.

Prerequisites
The course assumes an excellent command of basic quantum physics : Dirac formalism, operators, measurement, Hamiltonian dynamics, spin-1/2, elementary atomic physics (hydrogen), harmonic oscillator (basically all of Volume 1 of the Cohen-Tannoudji, Diu and Laloë classic textbook). A working knowledge of density operator is also required, as well as a good knowledge of classical electromagnetism : Maxwell equations, propagation equations, limiting conditions, plane waves, spherical waves, dipole radiation (see the Jackson for instance).

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