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讲座 1. 主题介绍和简要历史。
讲座 1. 学科简介和简史。本课程的目的。非线性光学和量子光学的简要历史。它们是如何融合的。没有非线性光学的量子光学：原子和固态发射器。非线性光学基础：参数和非参数过程；非线性偏振；每模式平均光子数（亮度）。 1. 本课程的目的。本课程计划在非线性和量子光学的边界上。量子光学研究的光的量子态以及与光相关的量子信息技术中使用的光量子态大多是通过非线性光学效应产生的。例子有：纠缠光子对、单光子和通过“预示”制备的多光子态、压缩真空、压缩相干态。了解这些状态是如何产生的很重要。除了用于产生量子光的非线性光学方法外，还有用于检测量子光的方法，例如上转换。本课程面向已经学习过非线性光学甚至量子光学的人员，但如果有必要，我们将填补一些理解上的空白。（或者可能提出新的空白，这总是有用的。）将有 10 堂讲座，每两堂讲座后有一个问题课（由 Cameron Okoth 主持），其中的问题将与讲座内容密切相关。重点将放在实验和估算上。作为课程的一部分，我们将组织一次实验室参观，我们将展示谐波产生、和频产生、高增益参量下变频。所有这些都将很好地说明课程。2. 非线性和量子光学的简要并行历史。早期的频率转换实验。任何频率转换都是非线性效应。仅使用线性光学元件，您无法获得“从蓝色变为红色”或反之亦然，您无法改变光谱。从这个意义上说，荧光肯定是一种非线性效应，它从 19 世纪开始就为人所知，赫歇尔在 1845 年和斯托克斯在 1852 年分别进行了两次实验（图 1）。事实上，斯托克斯迈出的重要一步是他使用滤光片来选择激发辐射的短波长部分（教堂蓝玻璃只透射紫外线）和长波长荧光（葡萄酒不透射紫外线）。结论是荧光发生了红移。此外，1928 年通过实验发现的拉曼散射也是一种非弹性散射，可以用非线性光学的形式来处理。表征拉曼散射强度的拉曼张量与立方非线性磁化率一一对应。但传统上，只有 1961 年弗兰肯关于二次谐波产生的实验才被认为是非线性光学的开端。弗兰肯的实验 这个实验是在激光出现后才有可能的。第一台激光器（当时称为光学微波激射器）是由梅曼于 1960 年制造的，但 1961 年弗兰肯已经使用了商用脉冲红宝石激光器！当然，微波的非线性光学
用48元素的可编程相板
我们提出了一个48个元素的可编程相板，用于通过光刻和聚焦离子束的组合所产生的相干电子波。这将从光光学的波前塑造的非常成功的概念带入了电子光学的领域，并提供了准备电子量子状态的重要新自由度。相板芯片安装在放置在100-300 kV范围内的透射电子显微镜的C2平面上的孔杆上。相板的行为的特征是Gerchberg-Saxton算法，显示在300 kV时的相位灵敏度为0.075 rad / mV，相位分辨率约为3·10 - 3π。此外，我们简要概述了可能的用例，并通过模拟和实验结果进行支持。
难以区分的光子的提炼
可靠的相同（不可区分）光子源是利用干涉效应的先决条件，而干涉效应是基于线性光学的量子计算及其应用（如玻色子采样）的必要组成部分。一般而言，可区分程度将决定特定方法的有效性，例如通过限制构造资源状态的保真度，或降低光学电路输出分布的复杂性。因此，设计高纯度和不可区分的光子源具有重要的实际意义。受魔法状态蒸馏的启发，我们提出了一种使用标准线性光学的协议，该协议可用于将光子源的不可区分性提高到任意精度。特别是，在小误差 ϵ 的渐近极限下，要将误差降低到 ϵ ′ < ϵ 需要 O (( ϵ/ϵ ′ ) 2 ) 个光子。我们证明该方案对光学元件中的检测和控制误差具有鲁棒性，并讨论了其他误差源的影响。
达到非正交跨国的任意极化转化的效率极限
极化转换是光子学和量子光学元件中现代应用的基础。尽管他们的应用兴趣，但仍需要基本的理论和实验努力来利用极化光学的全部潜力。在这里，我们揭示了琼斯矩阵的两个非正交特征态的连贯超级位置可以极大地提高与经典正交极化光学的任意极化变换的效率。通过用堆叠和扭曲的配方利用跨表面，我们实施了一种强大的配置，称为“非正交跨额叶”，并在实验上证明了任意输入输出偏转模式，以达到近乎100％的传输效率，以宽敞的宽带和角度增强范围和角度增强方式。此外，我们提出了一种路由方法，以投射具有四链循环圆极化成分的独立相全息图。我们的结果概述了一个强大的范式，以实现极有效的极化光学元件，以及在微波和光学频率下进行通信和信息加密的极化多路复用。
引用原始发表的论文（记录的版本）：Hagel，J.，Brem，S.，Pineiro，J。等（2024）。原子重建对光学的影响
过渡金属二甲化物（TMDS）的扭曲双层揭示了丰富的激子景观，包括混合激子和空间捕获的Moiré激子，占主导地位的材料光学响应。最近的研究表明，在低扭转角度方面，晶格经历了显着的松弛，以最大程度地减少局部堆叠能量。在这里，出现了低能堆叠配置的大域，通过应变使晶格变形，从而影响电子带结构。然而，到目前为止，原子重建对激子能量景观和光学特性的直接影响尚未得到充分了解。在这里，我们采用了微观和材料特异性方法，并预测了重建的晶格中Moiré激子的潜在深度发生了显着变化，并且自然堆叠的TMD TMD同质同层中发生了最大的变化。与刚性晶格相比，我们显示了多个频段的外观，并且捕获位点位置的显着变化。最重要的是，我们预测WSE 2同类体的光学吸收中出现了多发结构 - 与主导刚性晶格的单个峰相比。此发现可以被利用为在天然堆积的扭曲同性恋者中Moiré激子光谱中原子重建的明确特征。
利用占用率来做出关键的工作场所决策。
ONE 传感器使用被动红外技术 (PIR) 来捕获办公桌、电话亭、焦点室、会议室和协作空间的占用信息。该传感器是非光学的，可高度保证机密数据和员工隐私（即不会捕获和存储图像和其他可识别个人身份的信息）。这可帮助房地产和工作场所经理正确确定工作场所的大小和设计，同时节省大量成本。
A.S. 博士何塞·卡洛斯·巴西利奥·奥尔蒂斯 - LUMAT
卡洛斯于 2013 年获得萨卡特卡斯自治大学物理学学士学位。2015 年，他在 AC 光学研究中心 (CIO) 完成了硕士学位学习。并于2020年获得了IPN高级研究中心（Cinvestav-IPN）纳米科学与纳米技术项目的博士学位。他目前正在进行应用元光学的研究，特别是介电元透镜的研究。
京都大学·系：有关...
2025年3月13日组织：京都大学系：集成辐射与核科学的投影研究，综合辐射与核科学研究所，研究领域：材料科学，量子光学，开发光谱法。核心任务：使用核方法（例如摩斯鲍尔光谱和相关光谱法的开发）对高级材料科学和量子光学的调查。变更范围：京都大学的运作（教育，研究和行政管理）。工作职位：助理教授（1位）资格和必需技能：成功的候选人应获得
单光子的量子信息处理
光子是量子信息的天然载体，因为它们易于分布且寿命长。本论文涉及单光子量子信息处理的各个相关方面。首先，我们通过广义的 N × N 对称分束器（称为贝尔多端口）演示 N 光子纠缠的产生。可以生成各种各样的 4 光子纠缠态以及 N 光子 W 态，成功概率出乎意料地随着 N 而呈非单调递减趋势。我们还展示了如何使用相同的设置来生成多原子纠缠。对多端口的进一步研究还使我们得到了 Hong-Ou-Mandel 倾角的多粒子概括，它适用于所有具有偶数个输入端口的贝尔多端口。接下来，我们演示了一种基于广义线性光学的光子滤波器，无论涉及的光子数量有多少，它都具有恒定的成功概率。该滤波器具有最高的报告成功概率并且具有干涉稳定性。最后，我们展示了如何仅使用线性光学资源，以单位成功概率在两个远距离节点上执行重复直至成功的量子计算。我们进一步表明，使用非同一光子源，仍然可以实现稳健性，这说明了基于测量的量子计算的性质和优势。直接应用于相同的设置自然会导致按需生成任意多光子状态。最后，我们展示了如何在没有线性光学的情况下从杨氏双缝实验中两个原子的发射中检测到光子的偏振纠缠，从而使两个原子也最大程度地纠缠。