Atomární plazma a řízení kvantových stavů - NEVF177

• Anglický název: Atomic Plasma and Quantum Control
• Zajišťuje: Katedra fyziky povrchů a plazmatu (32-KFPP)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2024
• Semestr: letní
• E-Kredity: 5
• Rozsah, examinace: letní s.:2/1, Z+Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština, angličtina
• Způsob výuky: prezenční
• Garant: Mgr. Michal Hejduk, Ph.D.
• Vyučující: Mgr. Michal Hejduk, Ph.D.

Anotace

čeština

Tato přednáška poskytuje systematický přehled fyziky atomového plazmatu a kvantového řízení v kontextu ultrachladných kvantových systémů. Zahrnuta jsou témata jako historie a základy laserového chlazení a zachytávání atomů, techniky chlazení a řízení elektronů, kvantová dynamika chemických reakcí, vlastnosti Rydbergových atomů a iontů, silně vázané atomární plazma, a experimentální studie ultrachladných atomárních souborů. Kurz pokrývá také problematiku zachytávání atomů a iontů různými pastmi. Praktická úloha je zaměřená na generování chladných iontů pomocí laserů.

Poslední úprava: Pavlů Jiří, doc. RNDr., Ph.D. (25.04.2024)

angličtina

This lecture provides an overview of atomic plasma physics and quantum control in the context of ultracold quantum systems. Topics covered include the history and fundamentals of laser cooling and trapping of atoms, techniques for cooling and controlling electrons, quantum dynamics of chemical reactions, properties of Rydberg atoms and ions, strongly coupled atomic plasma, and experimental studies of ultracold atomic ensembles. The course also addresses the challenges of trapping atoms and ions using various traps. The practical exercise focuses on the generation of cold ions using lasers.

Poslední úprava: Pavlů Jiří, doc. RNDr., Ph.D. (25.04.2024)

Cíl předmětu

čeština

Cílem je poskytnout studentům hluboké porozumění klíčovým konceptům v oblasti ultrachladných kvantových systémů a jejich potenciálním aplikacím.

Poslední úprava: Pavlů Jiří, doc. RNDr., Ph.D. (25.04.2024)

angličtina

The objective is to offer students a profound understanding of key concepts in the field of ultracold quantum systems and their potential applications.

Poslední úprava: Pavlů Jiří, doc. RNDr., Ph.D. (25.04.2024)

Literatura

čeština

1. Bransden, B. H. & Joachain, C. J. Physics of Atoms and Molecules. (Longman scientific & technical copublished in the United States with J. Wiley & sons, Harlow (GB) New York, 1992).

2. Chen, F. F. Úvod do fyziky plazmatu. (Praha: Academia, 1984).

3. Ebeling, W., Fortov, V. E. & Filinov, V. Quantum Statistics of Dense Gases and Nonideal Plasmas. (Springer International Publishing AG, 2017).

4. Foot, C. J. Atomic physics. (Oxford University Press, 2005).

5. Haroche, S. & Raimond, J.-M. Exploring the Quantum. (Oxford University Press, 2006). doi:10.1093/acprof:oso/9780198509141.001.0001 .

6. Nielsen, M. A. & Chuang, I. L. Quantum Computation and Quantum Information: 10th Anniversary Edition. (Cambridge University Press, 2010).

7. Scully, M. O. & Zubairy, M. S. Quantum Optics. (Cambridge University Press, 1997). doi:10.1017/CBO9780511813993 .

8. Siegman, A. E. Lasers. (University Science Books, 1986).

Poslední úprava: Hejduk Michal, Mgr., Ph.D. (30.04.2024)

Požadavky ke zkoušce

čeština

Zápočet se uděluje za prezentaci rešerše zadaného článku během cvičení nebo za praktické cvičení.

Zkouška je ústní. Požadavky ke zkoušce odpovídají sylabu předmětu v rozsahu, který byl prezentován na přednáškách.

Poslední úprava: Hejduk Michal, Mgr., Ph.D. (30.04.2024)

angličtina

Credit is granted for the presentation of a literature review of the assigned article during the class session or for a practical exercise.

The exam is oral. The exam requirements correspond to the syllabus of the course to the extent that was presented in the lectures.

Poslední úprava: Hejduk Michal, Mgr., Ph.D. (30.04.2024)

Sylabus

čeština

Týden 1-2: Úvod do atomárního plazmatu a ultrachladných kvantových systémů
• Přehled fyziky atomárního plazmatu

• Historický vývoj a mezníky

• Základní principy laserového chlazení a zachytávání souborů atomů

Týden 3-4: Chlazení atomů a elektronů
• Dopplerovo a sisyfovské chlazení

• Magnetooptické pasti (MOT)

• Ektronické chlazení elektronů

Týden 5-6: Kvantové řízení chemických reakcí
• Kvantová dynamika v chemických Reakcích

• Techniky koherentní kontroly

• Fotoasociace a Feshbachovy rezonance

Týden 7-8: Rydbergovy atomy a ionty
• Rydbergovská blokáda a kvantová hradla

• Iontové pasti a kvantové výpočty

• Aplikace v kvantovém zpracování informací

Týden 9-10: Silně vázané atomární plazma
• Úvod do atomárního plazmatu a ultrachladných plazmat

• Kolektivní jevy a fázové přechody

• Kvantová simulace s ultrachladnými plazmaty

Týden 11-12: Experimentální studie ultrachladných atomárních souborů
• Experimentální techniky v ultrachladné fyzice

• Přesné měření a metrologie

• Kvantově degenerované plyny: Bose-Einsteinovy a fermionické kondenzáty

Týden 13-14: Zachytávání atomů a iontů
• Magnetické pasti a optické mříže

• Paulovy a Penningovy pasti

• Hybridní techniky zachytávání

Poslední úprava: Pavlů Jiří, doc. RNDr., Ph.D. (25.04.2024)

angličtina

Week 1-2: Introduction to Atomic Plasma and Ultracold Quantum Systems
• Overview of Atomic Plasma Physics

• Historical Development and Milestones

• Basic Principles of Laser Cooling and Trapping for Atomic Ensembles

Week 3-4: Cooling of Atoms and Electrons
• Doppler and Sisyphus Cooling

• Magneto-Optical Traps (MOTs)

• Electronic Cooling of Electrons

Week 5-6: Quantum Control of Chemical Reactions
• Quantum Dynamics in Chemical Reactions

• Coherent Control Techniques

• Photoassociation and Feshbach Resonances

Week 7-8: Rydberg Atoms and Ions
• Rydberg Blockade and Quantum Gates

• Ion Traps and Quantum Computing

• Applications in Quantum Information Processing

Week 9-10: Strongly Coupled Atomic Plasma
• Introduction to Atomic Plasma and Ultracold Plasmas

• Collective Phenomena and Phase Transitions

• Quantum Simulation with Ultracold Plasmas

Week 11-12: Experimental Studies of Ultracold Atomic Ensembles
• Experimental Techniques in Ultracold Physics

• Precision Measurements and Metrology

• Quantum Degenerate Gases: Bose-Einstein Condensates and Fermionic Condensates

Week 13-14: Trapping of Atoms and Ions
• Magnetic Traps and Optical Lattices

• Paul Traps and Penning Traps

• Hybrid Trapping Techniques

Poslední úprava: Pavlů Jiří, doc. RNDr., Ph.D. (25.04.2024)