Description
지난 20세기가 양자역학의 시대였다면, 바야흐로 21세기는 양자광학의 시대라 할 수 있다. 양자광학은 빛과 물질의 상호작용을 다루는 근본 이론이며, 또한 양자인터넷과 양자컴퓨터를 구현하는 다양한 양자기술의 가장 기초 이론이다. 이 책은 양자광학에 관심 있는 모든 학생들에게 좋은 출발점으로, 탁월한 설명과 적절한 난이도의 연습문제, 그리고 참고문헌을 제공한다.
1. 양자광학의 범위와 의의
양자광학은 빛과 물질의 상호작용을 양자역학적으로 다루는 학문으로, 결맞음과 얽힘 같은 핵심 현상을 실험적으로 구현하고 응용하는 기반을 제공한다. 이 교재는 공진기 단일·다중 모드 장의 양자화와 양자 위상, 결맞은 상태 등 기초를 체계적으로 다루며 학부 고학년과 대학원 초·중급 학습자를 대상으로 설계됐다. 역사적 맥락에서 플랑크와 아인슈타인, 디랙, 글로버 등의 공헌을 짚고 레이저, SPDC, 압착광, 공진기 QED, 이온 덫으로 이어지는 발전을 정리한다. 풍부한 연습문제와 참고문헌, 더 읽을거리를 통해 자율 학습과 강의 운영 모두에 적합하도록 구성됐다. 결과적으로 양자컴퓨팅, 양자암호, 양자통신 같은 차세대 기술을 이해하는 출발점이 된다.
2. 핵심 이론과 실험 도구
장 양자화에서는 단일·다중 모드, 직각 연산자, 열적 장, 진공 요동과 영점에너지, 양자 위상을 다루며, 결맞은 상태 장에서는 변위 연산자, 최소 불확정성, 위상공간 묘사와 위그너 함수, 홀짝성 연산자를 연결한다. 원자-장 상호작용은 라비 모델과 제인스‑커밍스 모형을 중심으로 고전장과 양자장과의 결합, 분산적 상호작용, 슈미트 분해와 폰 노이만 엔트로피까지 확장한다. 빛살가르개와 간섭계 장에서는 단일 광자 간섭과 SU(2) 형식화, 임의 수 상태 입력의 출력 해석, 상호작용 없는 측정 등 정밀 간섭 측정을 설명한다. 비고전적 빛 단원은 압착광 생성·검출, 반뭉침, 고양이 상태, 비가우스 상태 공학 등 저잡음·고정보 광원을 다룬다. 소산과 결어긋남에서는 손실의 가상 빛살가르개 모형화, 세 준위 동역학, 결잃은 상태에서의 결맞음 생성까지 포함해 열린계 거동을 정량화한다.
3. 검증, 응용, 그리고 2판의 확장
양자역학의 광학적 검증 파트는 SPDC 광원, HOM 간섭, 양자 지우개, 벨 부등식 위반, 프랑손 실험 등을 통해 비국소성과 간섭의 본질을 실험적으로 점검한다. 공진기 QED와 이온 덫 장치는 리드버그 원자와 공진기 결합, JC 모형의 실험 구현, 얽힘 생성, QND 계측, 포획 이온 기반 게이트로 양자상태 제어와 판독을 제시한다. 응용 파트는 신호불가·복제불가 정리, 하이젠베르크 한계급 간섭계, 양자 원격전송, QKD(BB84, B92, Ekert), QRNG, 광학적 양자 게이트, 결어긋남과 오류 보정을 연결한다. 2판에서는 양자 위상 연산자 보강, 위그너-홀짝성 연계 심화, SU(2) 형식 확장, 가우스/비가우스 구분과 광자 수준 상태 가공, 손실 모형화 재작성, N00N 상태와 홀짝성 계측, QRNG 항목 추가 등 최신 내용을 대폭 반영했다. 전반적으로 이론의 일관된 수학적 틀과 대표 실험을 짝지어, 학습자가 현대 양자광학과 양자정보의 교차 영역을 실질적으로 익히도록 안내한다.
1. 양자광학의 범위와 의의
양자광학은 빛과 물질의 상호작용을 양자역학적으로 다루는 학문으로, 결맞음과 얽힘 같은 핵심 현상을 실험적으로 구현하고 응용하는 기반을 제공한다. 이 교재는 공진기 단일·다중 모드 장의 양자화와 양자 위상, 결맞은 상태 등 기초를 체계적으로 다루며 학부 고학년과 대학원 초·중급 학습자를 대상으로 설계됐다. 역사적 맥락에서 플랑크와 아인슈타인, 디랙, 글로버 등의 공헌을 짚고 레이저, SPDC, 압착광, 공진기 QED, 이온 덫으로 이어지는 발전을 정리한다. 풍부한 연습문제와 참고문헌, 더 읽을거리를 통해 자율 학습과 강의 운영 모두에 적합하도록 구성됐다. 결과적으로 양자컴퓨팅, 양자암호, 양자통신 같은 차세대 기술을 이해하는 출발점이 된다.
2. 핵심 이론과 실험 도구
장 양자화에서는 단일·다중 모드, 직각 연산자, 열적 장, 진공 요동과 영점에너지, 양자 위상을 다루며, 결맞은 상태 장에서는 변위 연산자, 최소 불확정성, 위상공간 묘사와 위그너 함수, 홀짝성 연산자를 연결한다. 원자-장 상호작용은 라비 모델과 제인스‑커밍스 모형을 중심으로 고전장과 양자장과의 결합, 분산적 상호작용, 슈미트 분해와 폰 노이만 엔트로피까지 확장한다. 빛살가르개와 간섭계 장에서는 단일 광자 간섭과 SU(2) 형식화, 임의 수 상태 입력의 출력 해석, 상호작용 없는 측정 등 정밀 간섭 측정을 설명한다. 비고전적 빛 단원은 압착광 생성·검출, 반뭉침, 고양이 상태, 비가우스 상태 공학 등 저잡음·고정보 광원을 다룬다. 소산과 결어긋남에서는 손실의 가상 빛살가르개 모형화, 세 준위 동역학, 결잃은 상태에서의 결맞음 생성까지 포함해 열린계 거동을 정량화한다.
3. 검증, 응용, 그리고 2판의 확장
양자역학의 광학적 검증 파트는 SPDC 광원, HOM 간섭, 양자 지우개, 벨 부등식 위반, 프랑손 실험 등을 통해 비국소성과 간섭의 본질을 실험적으로 점검한다. 공진기 QED와 이온 덫 장치는 리드버그 원자와 공진기 결합, JC 모형의 실험 구현, 얽힘 생성, QND 계측, 포획 이온 기반 게이트로 양자상태 제어와 판독을 제시한다. 응용 파트는 신호불가·복제불가 정리, 하이젠베르크 한계급 간섭계, 양자 원격전송, QKD(BB84, B92, Ekert), QRNG, 광학적 양자 게이트, 결어긋남과 오류 보정을 연결한다. 2판에서는 양자 위상 연산자 보강, 위그너-홀짝성 연계 심화, SU(2) 형식 확장, 가우스/비가우스 구분과 광자 수준 상태 가공, 손실 모형화 재작성, N00N 상태와 홀짝성 계측, QRNG 항목 추가 등 최신 내용을 대폭 반영했다. 전반적으로 이론의 일관된 수학적 틀과 대표 실험을 짝지어, 학습자가 현대 양자광학과 양자정보의 교차 영역을 실질적으로 익히도록 안내한다.
양자광학 개론 (2 판)
$40.00