シラバス参照
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シラバス参照
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| 講義概要/Course Information |
| 科目基礎情報/General Information |
| 授業科目名 /Course title (Japanese) |
量子情報光学特論 | ||
|---|---|---|---|
| 英文授業科目名 /Course title (English) |
Quantum Information Optics | ||
| 科目番号 /Code |
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| 開講年度 /Academic year |
2019年度 | 開講年次 /Year offered |
全学年 |
| 開講学期 /Semester(s) offered |
後学期 | 開講コース・課程 /Faculty offering the course |
博士前期課程、博士後期課程 |
| 授業の方法 /Teaching method |
講義 | 単位数 /Credits |
2 |
| 科目区分 /Category |
大学院専門教育科目 - 専門科目Ⅱ | ||
| 開講類・専攻 /Cluster/Department |
基盤理工学専攻 | ||
| 担当教員名 /Lecturer(s) |
宮本 洋子、清水 亮介 | ||
| 居室 /Office |
Office: East 6-608 (Miyamoto), East 6-416 (Shimizu) | ||
| 公開E-mail |
yoko.miyamoto@uec.ac.jp (Miyamoto), r-simizu@uec.ac.jp (Shimizu) | ||
| 授業関連Webページ /Course website |
http://www.qopt.es.uec.ac.jp/ (Miyamoto), http://rs.pc.uec.ac.jp/ (Shimizu) | ||
| 更新日 /Last update |
2019/03/17 23:26:09 | 更新状況 /Update status |
公開中 /now open to public |
| 講義情報/Course Description |
| 主題および 達成目標（2,000文字以内） /Themes and goals（up to 2,000 letters） |
主題：光は環境との相互作用が小さく量子状態を保持しやすいため、古典物理学では説明できない量子力学特有の現象を確認するための実験に多く用いられて来た。近年はさらに、こうした量子力学特有の現象を情報の伝達や暗号等に活用しようという動きが広がっている。本講義では、量子力学的な系と古典的な系の持つ情報の違いや、量子力学的な系について我々が取得できる情報の限界について考えるとともに、光を用いた量子力学的な情報の基本操作について学ぶ。 達成目標： 1. 光の量子力学的取り扱いの基礎を学ぶ。 2. 光に関する量子力学特有の現象について理解する。 3. 量子暗号、量子計算等の量子情報技術の基礎を学ぶ。 Theme: Since light interacts little with the environment, its quantum state can be maintained with relative ease. This is why it has often been used in experiments targeting phenomena that cannot be explained by classical theory and are particular to quantum mechanics. In recent years attempts have become widespread to utilize these quantum phenomena in applications such as transmission of information and cryptography. In this course we discuss differences in information content between quantum and classical systems, limits to the information we can obtain about a quantum mechanical system, and basic manipulations of quantum information using light. Goals: 1. To learn the basics of quantum mechanical treatment of light. 2. To understand phenomena particular to quantum mechanics concerning light. 3. To learn the basics of quantum information technologies such as quantum cryptography and quantum computation. |
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| 前もって履修 しておくべき科目（1,000文字以内） /Prerequisites（up to 1,000 letters） |
なし。 Prerequisite: none. |
| 前もって履修しておくこ とが望ましい科目（1,000文字以内） /Recommended prerequisites and preparation（up to 1,000 letters） |
電磁気学、量子力学 Recommended previous studies: electromagnetism, quantum mechanics |
| 教科書等（1,000文字以内） /Course textbooks and materials（up to 1,000 letters） |
参考図書 (supplementary reading)：量子光学 (松岡正浩、裳華房), 量子光学の考え方 (P. L. Knight, L. Allen, 内田老鶴圃), Concepts of Quantum Optics (P. L. Knight and L. Allen, Pergamon Press), Quantum Optics (Mark Fox, Oxford University Press) |
| 授業内容と その進め方（2,000文字以内） /Course outline and weekly schedule（up to 2,000 letters） |
英語タイプIIにより講義を実施 授業内容： 第1回（宮本）：古典電磁気学のベクトル・ポテンシャルとハミルトニアン 第2回（宮本）：電磁場の量子化と光子数状態 第3回（宮本）：コヒーレント状態とスクイーズド状態 第4回（宮本）：光子計数と量子性：光子相関、Hong-Ou-Mandel 干渉 第5回（清水）：量子ビット 第6回（清水）：もつれ合い状態とベルの不等式 第7回（清水）：密度演算子 第8回（清水）：量子状態トモグラフィ 第9回（清水）：量子暗号の基礎 第10回（清水）：量子暗号鍵配布（実験） 第11回（清水）：量子計算（ショアのアルゴリズム） 第12回（宮本）：量子計算（実験） 第13回（宮本）：量子テレポーテーションの基礎 第14回（宮本）：量子テレポーテーション（実験） 第15回（宮本、清水）：課題発表と口頭試問 履修人数が多い場合は第14回にも課題発表と口頭試問を行います。 進め方： 基礎的な内容から徐々に発展的な内容に進みますので、復習をしっかりして下さい。 第2-14回は予習用プリントを配布し、授業中は議論を行う。 English explanations will be provided on the blackboard and in handouts for this course. Content: Week 1 (Miyamoto): Classical electromagnetism: vector potential and Hamiltonian Week 2 (Miyamoto): Quantization of electromagnetic field and photon number states Week 3 (Miyamoto): Coherent states and squeezed states Week 4 (Miyamoto): Photon counting and quantum nature of light: photon correlation and Hong-Ou-Mandel interference Week 5 (Shimizu): Quantum bits Week 6 (Shimizu): Entangled states and Bell's inequality Week 7 (Shimizu): Density operator Week 8 (Shimizu): Quantum state tomography Week 9 (Shimizu): Basics of quantum cryptography Week 10 (Shimizu): Quantum key distribution (experiment) Week 11 (Shimizu): Quantum computation (Shor's algorithm) Week 12 (Miyamoto): Quantum computation (experiment) Week 13 (Miyamoto): Basics of quantum teleportation Week 14 (Miyamoto): Quantum teleportation (experiment) Week 15 (Miyamoto, Shimizu): Student presentations and oral examination Depending on number of students, student presentations and oral examination may also take place in week 14. Details: We will start with basics and gradually develop advanced concepts. Reviews are strongly recommended. For weeks 2-14 preview material will be provided and class time will be used for discussions. |
| 実務経験を活かした 授業内容 (実務経験内容も含む) /Course content utilizing practical experience |
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| 授業時間外の学習 （予習・復習等）（1,000文字以内） /Preparation and review outside class（up to 1,000 letters） |
復習して疑問点を整理した上で次の授業に臨むことを期待します。 第2-14回は予習用プリントを配布します。 レポート課題と第15回（または第14回）の発表準備があります。 Studies outside the classroom: Students are expected to review previous material before the next lecture. For weeks 2-14 preview material will be provided. There will be a report assignment, and associated presentation assignment for week 15 (or 14). |
| 成績評価方法 および評価基準 （最低達成基準を含む） （1,000文字以内） /Evaluation and grading （up to 1,000 letters） |
評価方法：授業中の議論への参加度、レポートおよび関連した発表を総合して評価します。レポート課題は11月までに説明があり、15回目（または14回目）にレポートに関連した発表をしてもらいます。 評価基準：以下の3点について、自分の言葉で基礎的な内容の説明ができること。 1. 光の量子力学的取り扱い 2. 光に関する量子力学特有の現象 3. 量子暗号、量子計算等の量子情報技術 Evaluation: Participation in discussions during class will be evaluated, in addition to a report assignment and associated presentation. The report assignment will be given by November and associated presentation is required in week 15 (or 14). Criteria: To be able to give a basic account of the following in the student's own words. 1. Quantum mechanical treatment of light. 2. Phenomena particular to quantum mechanics concerning light. 3. Quantum information technology such as quantum cryptography and quantum computation. |
| オフィスアワー： 授業相談（1,000文字以内） /Office hours（up to 1,000 letters） |
Office hours: (Miyamoto) 金曜5限。それ以外の時間帯を希望する場合は予めメール等で連絡をとること。 5th period on Fridays. For other time slots please contact beforehand via e-mail. (Shimizu) 時間があれば随時対応する。但し、事前連絡必要。 Please contact beforehand for available times. |
| 学生へのメッセージ（1,000文字以内） /Message for students（up to 1,000 letters） |
量子情報光学は物理学の基礎が応用に直結すると期待される刺激的な分野です。 この分野の面白さと奥深さを一緒に楽しみましょう。 Message: Quantum information optics is an exciting field where basic physics leads directly to application. Let's enjoy the fun as well as the subtlety of this field. |
| その他 /Others |
特になし。 Other: none. |
| キーワード /Keywords |
電磁場の量子化、光子相関、もつれ合い状態、デコヒーレンス、量子暗号、量子計算、量子テレポーテーション Keywords: quantization of the electromagnetic field, photon correlation, entangled states, decoherence, quantum cryptography, quantum computation, quantum teleportation |