Introduction à l'optique quantique

ISBN9782553014185 EditeurPresses internationales Polytechnique pages346 Parution2008-08-04
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Quatrième de couverture

L'étude du rayonnement lumineux a amené une remise en cause des idées reçues et a servi de point de départ à la physique des quanta. Mais, malgré les progrès technologiques prodigieux des dernières décennies, la notion de photon reste mal comprise et sujette à bien des paradoxes, du moins, en apparence. L'ouvrage Introduction à l'optique quantique vise à transmettre au lecteur les fondements nécessaires pour aborder l'étude de ce domaine captivant. Il retrace d'abord les origines de la mécanique quantique et des progrès historiques qui ont mené les connaissances à leur état actuel. Il s'attaque ensuite à l'étude des fluctuations quantiques, aux notions liées au vide et aux états cohérents ainsi qu'à l'obtention des états comprimés à l'aide de l'optique non linéaire. Il discute aussi du paradoxe EPR, des inégalités de Bell, de la non-démolition quantique, de la cryptographie quantique et des représentations quantiques, et aborde le sujet de l'électrodynamique quantique.

L'ouvrage s'adresse aux étudiants en génie, aux ingénieurs praticiens et aux scientifiques qui, possédant une formation de base en mécanique quantique, souhaitent acquérir rapidement un niveau de compétence appréciable en optique quantique.

AUTEUR
Romain Maciejko détient un doctorat de physique en théorie quantique des champs de la State University of New York (SUNY) à Stony Brook. Après avoir oeuvré pendant six ans comme chercheur dans l'industrie des télécommunications par fibres optiques, il devient professeur au Département de génie physique de l'École Polytechnique de Montréal, où il enseigne la photonique depuis près de vingt-cinq ans. Ses recherches portent sur l'optoélectronique, la photonique et l'imagerie médicale. Il a précédemment publié Optoélectronique aux Presses internationales Polytechnique.

Argumentaire

CLIENTÈLE CIBLE
Grâce aux développements technologiques récents, l'optique quantique connaît un essor prodigieux qui, non seulement permet de sonder les fondements de la mécanique quantique, mais aussi d'entrevoir nombre d'applications nouvelles. L'ouvrage "Introduction à l'optique quantique" se veut un pont entre ce domaine en pleine effervescence et une formation universitaire assez générale. Il s'adresse aux étudiants, aux professionnels et aux scientifiques qui, ayant déjà une formation fondamentale en mécanique quantique, désirent se familiariser avec les aspects modernes de l'optique quantique. Utilisé comme manuel de cours par des élèves-ingénieurs de deuxième et troisième cycles universitaires, le livre offre une base solide permettant d'aborder des sujets aussi avancés que la non-démolition quantique, la cryptographie quantique, les états comprimés et la représentation des états à l'aide des pseudodistributions de Wigner.

L'ouvrage vise à combler le besoin exprimé par de nombreux candidats ingénieurs d'acquérir rapidement un niveau de compétence appréciable en optique quantique à partir d'une formation scientifique générale.

ORIGINALITÉ
L'ouvrage Introduction à l'optique quantique aborde l'étude du sujet dans une perspective pédagogique et historique. Il offre une synthèse axée sur la compréhension des phénomènes qui va au-delà d'un formalisme souvent perçu comme arbitraire, sans pour autant perdre de vue la rigueur nécessaire à un tel sujet. Il s'agit d'un des rares ouvrages en langue française consacrés exclusivement à l'optique quantique et adaptés à la formation universitaire dans ce domaine.

TRAITEMENT DU SUJET
L'ouvrage retrace d'abord les origines de la mécanique quantique et des progrès historiques qui ont mené les connaissances à leur état actuel. Il entre ensuite dans le vif du sujet, s'attaquant à l'étude des fluctuations quantiques, aux notions liées au vide et aux états cohérents ainsi qu'à l'obtention des états comprimés à l'aide de l'optique non linéaire. Il discute aussi du paradoxe EPR, des inégalités de Bell, de la non-démolition quantique, de la cryptographie quantique et des représentations quantiques, et aborde le sujet de l'électrodynamique quantique. Les sujets, introduits de façon à être accessibles aux étudiants du premier cycle universitaire, sont ensuite suffisamment développés pour permettre aux lecteurs d'atteindre un niveau de compétence correspondant aux études universitaires des derniers cycles.
Chapitre 1 - Du rayonnement classique aux photons
Problème du corps noir. Planck et les quanta. Effet photoélectrique.

Chapitre 2 - Mécanique quantique et rayonnement
Théorie de Bohr. Formulation canonique. Relation d'incertitude. Probabilité de transition. Calcul des coefficients d'Einstein.

Chapitre 3 - Champ électromagnétique
Théorie de Maxwell. Cas monomode. Cas multimode. Fluctuations.

Chapitre 4 - États cohérents
Lien avec les états nombre à un seul mode. Distribution de Poisson. Opérateur de Glauber. Propriétés des états cohérents. Champ électrique.

Chapitre 5 - États comprimés
Définitions des états comprimés. Moyennes et variances. Champ électrique. Éléments d'optique non linéaire. Génération. Détection.

Chapitre 6 - Tests et applications
Polarisation du photon. États intriqués. Paradoxe EPR. Théorème de nonclonage. Téléportation quantique. Cryptographie quantique. Non-démolition quantique.

Chapitre 7 - Représentations quantiques
Fonctions d'onde. Fonction de Wigner. Autres pseudodistributions.

Chapitre 8 - Électrodynamique quantique
Unités et conventions. Élément de matrice S. Champ scalaire. Champ de Dirac. Champ de Maxwell. Diagramme de Feynman.

Annexe A - Énergie moyenne dans la distribution de Boltzmann
Annexe B - Intensité optique
Annexe C - Approche canonique
Annexe D - Optique non linéaire
Annexe E - Spin
Annexe F - Démonstration de la formule 6.69
Annexe G - Densité d'états
Annexe H - Équations de champ
Annexe I - Expression du propagateur
Annexe J - Notions relativistes
Annexe K - Matrice densité

Bibliographie
Index