光量子工学 / Quantum Electronics

単位数: 2. 担当教員: 八坂 洋, 松田 信幸. 開講年度: 2024. 開講言語: 日本語.

授業の目的・概要及び達成方法等

Google Classroomのクラスコードは工学研究科Webページ
https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-g.html
（大学院シラバス・時間割・履修登録）にて確認すること。

本講義では量子力学的な視点での光と物質の相互作用に主題をおく．
前半（八坂担当）では、光と物質の量子論の発展の経緯を概観し、光波と物質波の類似現象につきいくつかの代表的な例を示す．次いで、光と物質の相互作用について半古典的な描像を示し、レーザーおよび半導体レーザー動作特性の基礎論に拡張する.
後半（松田担当）では、粒子と波動の両面をもつ光の量子論的描像について解説した後、従来の古典的電磁場の概念では捉えきれない量子的性質をもつ輻射場（非古典光）の発生と、それを用いた量子情報通信技術などの先端的研究例について紹介する．

※　2024年度は前期開講．

授業の目的・概要及び達成方法等(Ｅ）

The class code for Google Classroom can be found on the Web site of the School of Engineering:
https://www.eng.tohoku.ac.jp/english/academics/master.html (under "Timetable & Course Description")

Lectures describe the properties of light and light-matter interaction from the quantum mechanical point of view.
In the first part, basic semi-classical pictures are given for lasers and semiconductor lasers.
In the second part, the generation and application of non-classical quantum states of light are described.

This lecture will be held in the semester from Apr. 2024.

他の授業科目との関連及び履修上の注意

学部で履修する電磁気学、量子力学、半導体工学を基礎とした内容の講義を行う．

他の授業科目との関連及び履修上の注意(Ｅ）

Basics of electromagnetism, quantum mechanics, and semiconductor physics (under-graduate-course level) are required to understand the lecture.

授業計画

1. 光量子光学の基礎
2. 光波と物質波
3. 光波の干渉現象
4. 物質波の干渉現象
5. 光と物質の相互作用
6. レーザーの基礎
7. 半導体レーザー工学
（1-7 八坂担当）

8. 電磁場としての光
9. 光の量子化
10. ビームスプリッタの量子光学的取扱い
11. コヒーレンス
12. 非古典光の発生
13. 光演算回路
14. 量子コンピューティング
15. 量子暗号通信
（8-15 松田担当）

授業計画(Ｅ）

1. Basics of Quantum Photonics
2. Light waves and material waves
3. Interference phenomena of light waves
4. Interference phenomena of material waves
5. Coherent interaction of light and material
6. Basics of Lasers
7. Semiconductor laser engineering
(1-7 given by Yasaka)

8. Light as electromagnetic waves
9. Quantization of light
10. Quantum optics of a beam splitter
11. Coherence
12. Non-classical light
13. Optical processing circuit
14. Quantum computing
15. Quantum cryptography
(8-15 given by Matsuda)

授業時間外学習

講義資料により，予習・復習を行うこと．

授業時間外学習（Ｅ）

Prepare and review using lecture materials.

成績評価方法及び基準

演習レポートと期末レポートを総合して評価を行う

成績評価方法及び基準(Ｅ）

Evaluation of seminar reports and term-end report

教科書および参考書

• 単一光子と量子もつれ光子：量子光学と量子光技術の基礎, 枝松圭一, 共立出版 (2018) ISBN/ISSN: 978−4−320−03539−3 資料種別:参考書（後半）
• 工学系のための量子光学, 井上恭, 森北出版 (2015) ISBN/ISSN: 9784627154193 資料種別:参考書（後半）

実務・実践的授業/Practicalbusiness※○は、実務・実践的授業であることを示す。/Note:"○"Indicatesthe practicalbusiness

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