量子光學導論

景俊

浙江大學物理學系教授/博士生導師。
1998-2002年，上海交通大學物理系 本科
2002-2007年，上海交通大學物理系 博士
2007-2014年，上海大學物理系，講師、副教授
2010-2012年，美國新澤西史蒂文斯理工學院，博士後
2013-2014年，美國紐約州立大學布法羅分校物理系，研究科學家
2014-2017年吉林大學原子與分子物理研究所，教授/博士生導師
2016年，香港理工大學應用物理系，研究科學家   

第1章 引言 .1 
1.1本書的範圍和目標 .1 
1.2歷史 .1 
1.3本書內容 5
參考文獻 6
更多閱讀的建議 6

第2章 場量子化 .8 
2.1單模場的量子化 8 
2.2單模場的量子漲落 . 13 
2.3單模場的正交算符 . 14 
2.4多模場 . 15 
2.5熱平衡場  21 
2.6真空漲落和零點能 . 25 
2.7量子相位  29
習題  34
參考文獻  36
參考書目  36

第3章 相干態  37 
3.1湮滅算符的本征態和最小不確定態 . 37 
3.2位移真空態 . 41 
3.3波包和時間演化  43 
3.4相干態的產生 . 44 
3.5相干態的更多性質 . 45 
3.6相干態的相空間圖像 . 48 
量子光學導論 
3.7密度算符和相空間幾率分佈 . 50 
3.8特徵函數  55
習題  60
參考文獻  61
參考書目  62

第4章 原子輻射的發射和吸收 . 63 
4.1原子-場相互作用 . 63 
4.2原子與經典場的相互作用 . 65 
4.3原子與量子場的相互作用 . 69 
4.4拉比模型  73 
4.5全量子模型與 J-C模型  76 
4.6綴飾態 . 83 
4.7密度算符方法：在熱態上的應用 . 86 
4.8大失諧下的 J-C模型：色散相互作用  89 
4.9 J-C模型的推廣  91 
4.10 J-C模型的施密特分解和馮 ·諾伊曼熵 . 91
習題  93
參考文獻  95
參考書目  96

第5章 量子相干函數  97 
5.1經典相干函數 . 97 
5.2量子相干函數 . 101 
5.3楊氏干涉  104 
5.4高階相干函數 . 106
習題  111
參考文獻  112
參考書目  112

第6章 分束器與干涉儀 . 113 
6.1單光子實驗 . 113 
6.2分束器的量子力學描述  114
6.3單光子干涉儀 . 120 
6.4無相互作用測量  121 
6.5相干光的干涉測量 . 123
習題  124
參考文獻  125
參考書目  125

第7章 非經典光 . 127 
7.1正交壓縮  127 
7.2正交壓縮光的產生 . 141 
7.3正交壓縮光的探測 . 142 
7.4振幅（或光子布居數）壓縮態 . 143 
7.5光子反聚束 . 145 
7.6薛定諤貓態 . 147 
7.7雙模壓縮真空態  154 
7.8高階壓縮  160 
7.9寬頻壓縮光 . 161
習題  162
參考文獻  164
參考書目  165

第8章 耗散相互作用和退相干 . 167 
8.1導引 . 167 
8.2單系統實現或系綜實現  168 
8.3單個量子系統的實現 . 170 
8.4三能級原子的亞穩態和傳輸動力學 . 173 
8.5退相干 . 175 
8.6從退相干中生成相干態：光平衡 . 178 
8.7總結 . 178
習題  178
參考文獻  179
參考書目  180

第9章 量子力學的光學驗證  181 
9.1光子源：自發參量下轉換 . 182 
VIII 量子光學導論 
9.2 HOM干涉儀  185 
9.3量子擦除器 . 187 
9.4誘導的量子相干  189 
9.5光子的超光速隧穿 . 191 
9.6局域實在論和貝爾理論的光學驗證 . 192 
9.7弗朗松實驗 . 197 
9.8下轉換光在無絕對標準度量學方面的應用 . 199
習題  200
參考文獻  201
參考書目  202

第10章 腔量子電動力學以及離子阱的實驗  203 
10.1 裡德伯原子 . 203 
10.2 與腔場進行相互作用的裡德伯原子  205 
10.3  J-C模型在實驗中的實現 . 209 
10.4 在腔 QED中製備糾纏原子對 . 212 
10.5 用大失諧條件下的原子-場相互作用實現薛定諤貓態以及從量子到經典的退相干  213 
10.6 光子數的量子非破壞測量 . 217 
10.7  J-C型相互作用在囚禁離子運動中的實現  217 
10.8結束語  220
習題  221
參考文獻  221
參考書目  223

第11章 量子糾纏的應用 ——海森伯極限下的量子干涉和量子資訊處理. 224 
11.1 量子糾纏優勢  225 
11.2 糾纏和干涉測量  226 
11.3 量子隱形傳態  228 
11.4 密碼術  230 
11.5 私密金鑰密碼系統  230 
11.6 公開金鑰密碼系統  232 
11.7 量子亂數產生器 . 233 
11.8 量子密碼術 . 234
11.8.1量子金鑰分發  234 
11.8.2 BB84協議  234 
11.8.3 B92協議  237 
11.8.4埃克特協議 . 238 
11.9量子通信的前景  239 
11.10量子計算邏輯門 . 239 
11.11一些量子門的光學實現 . 243 
11.12退相干和量子糾錯 . 247
習題  247
參考文獻  248
參考書目  250

附錄 A 密度算符、糾纏態、施密特分解和馮·諾伊曼熵 . 251 
A.1密度算符 . 251 
A.2兩態系統和布洛赫球 . 254 
A.3糾纏態 . 255 
A.4施密特分解  256 
A.5馮·諾伊曼熵  258 
A.6密度算符的動力學  259
參考文獻  259
重要文獻  259
附錄 B 果殼裡的量子測量理論 . 261
參考文獻  263
附錄 C 推導大失諧（遠離共振）相互作用下的有效哈密頓量 . 264
參考文獻  266
附錄 D 非線性光學和自發參量下轉換 . 267
參考文獻  268