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11402 自然科學學群 teacher

量子科技實驗 2: 理論 |Offered in English

黃晟維 教授

物理學系

國立清華大學物理學系                教授
美國內布拉斯加州大學林肯分校物理學系     博士

 【 研究網站  https://orcid.org/0000-0003-1523-4267
 【 授課領域 】 量子光學、量子科技實驗
 【 研究專長  量子光學、量子資訊、超快電子顯微術
 【 榮譽事蹟  2025 美國 APS-Simons 國際合作獎
  2024 國科會研究學者
  2024 美國 University of Nebraska-Lincoln Adjunct Faculty
          | Department of Physics and Astronomy
  2023 英國 IOP Outstanding Reviewer

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Syllabus

课程大纲

核心能力
Core Competencies

  物理實驗能力  20%
 Capability of physics experiment  
  研究導向物理知識 20%
 Knowledge about physics research 
  高階物理知識 20%
 High level knowledge of physics  
  溝通表達能力 20%
 Capability of communication and expression  
  團隊合作能力 10%
 Capability of collaboration  
  自主學習能力  10%
 Independent learning capability 
 

 

課程描述
Course description

Thisis an introductory lab-based QIST course. There are two main themes: (1)quantum optics, and (2) quantum spin. In quantum optics lab, we explore varioustopics on quantum foundation through single-photon experiments. In quantum spinlab, we implement laser and microwave sequences to achieve coherent controls ofroom-temperature nitrogen-vacancy qubits. There are no prerequisites forenrollment, but a general knowledge about quantum mechanics, quantum optics, orquantum information will be helpful. Essential theoretical background of eachexperiment will be covered in the lectures.

 

課程計劃
Course plan

 1st week: introduction and preparation (2/26)
 2nd-15th week: 14 regular lab sessions
 16th week: bonus lab session (6/11)
 Regular lab sessions: 
 3/5, 3/12, 3/19, 3/26, 4/2, 4/9, 4/16, 4/23, 4/30, 5/7, 5/14, 5/21, 5/28, 6/4 

 

課程內容
Course content

 quantum optics lab regular session
1. Lab1aHBT measurement of temporal correlation (manual 9.1, 9.2)
2. Lab2aMeasurement of spatial correlation (manual 10.4, 10.5)
3. Lab3aHong-Ou-Mandel experiment (worksheet)
4. Lab4aGRA experiments with and without gating (manual 9.3, 9.4, 9.5)
5. Lab5aMalus’ law and the three-polarizer-paradox (manual 9.6, 10.3)
6. Lab6aSingle-photon interference and coherence time measurement (manual 9.7, 10.1)
7. Lab7aDelayed-choice quantum eraser (manual 9.8)
   
 quantum spin lab regular session
 8. Lab1bPhotoluminescence from NV-centers
 9. Lab2b

Opticallydetected magnetic resonance

 10. Lab3b

Rabioscillation

 11. Lab4b

Ramseyinterferometry

 12. Lab5b

Dynamicaldecoupling

 13. Lab6b

Discretequantum state tomography

 14. Lab7b

Hyperfinespectroscopy


 

教學方法
Teaching method 

 1.Lectures on introductory QIST theories will be given in board work before each regular lab session.
 2.As interpretation of experimental results is critical for effective learning of quantum science, data analysis, academic
 writing, and scientific communication will be emphasized in this course.
 3.Peer instruction will be employed in the form of lecture quiz
 

 

參考文獻
References 

 1. David J. Griffiths, "Introduction to Quantum Mechanics" 2nd edition (Pearson Prentice Hall, 2004) 
 2. Richard Robinett, "Quantum Mechanics: Classical Results, Modern Systems, and Visualized Examples" 2nd edition
  (Oxford University Press, 2006)
 3. Christopher C. Gerry and Peter L. Knight, "Introductory Quantum Optics" 1st edition
  (Cambridge University Press, 2004)
 4. Michael A. Nielsen and Issac L. Chuang, "Quantum Computation and Quantum Information"
  (Cambridge University Press, 2000)
 5. Peter W. Milonni and Joseph H. Eberly, "Laser Physics" (Wiley, 2010)
 6. Gibert Grynberg, Alain Aspect, and Claude Fabre, "Introduction to Quantum Optics:
  From the Semi-classical Approach to Quantized Light" (Cambridge University Press, 2010)
 7. Peter W. Milonni, "The Quantum Vacuum: An Introduction to Quantum Electrodynamics"
  (Academic Press, 1994)
 8. Dagmar Bruss and Gerd Leuchs, "Lectures on Quantum Information" (Wiley-VCH, 2006)
 

 

Keyword

关键词

  • 實驗課程 lab course
  • 量子科技 quantum science and technology
  • 量子光學 quantum optics
  • 量子位元 NV-center qubit