| 第1章 光子の存在 1 |
| 1.1 空洞放射 2 |
| 1.1.1 レイリー・ジーンズの公式 2 |
| 1.1.2 ブランクの仮説 7 |
| 1.2 光電効果 11 |
| 1.3 コンプトン効果 13 |
| 1.3.1 X線の散乱現象 13 |
| 1.3.2 光子の運動量 14 |
| 1.3.3 光子と電子の衝突 15 |
| 1.4 粒子性と波動性 16 |
| 第2章 量子光学の基礎 17 |
| 2.1 量子力学的考え方 17 |
| 2.1.1 光子の出射状態 17 |
| 2.1.2 光子の偏波状態 21 |
| 2.2 量子状態の記述法 24 |
| 2.2.1 ヒルベルト空間 24 |
| 2.2.2 ケット状態 27 |
| 2.2.3 物理量演算子 28 |
| 2.2.4 固有値・固有状態 28 |
| 2.2.5 エルミート演算子 29 |
| 2.2.6 固有関数の直交性 31 |
| 2.2.7 正規直交完全系 32 |
| 2.2.8 重ね合わせ状態の表記法 33 |
| 2.2.9 観測量の平均値 36 |
| 2.2.10 観測量が連続的である場合 36 |
| 2.3 不確定性原理 39 |
| 2.3.1 二つの物理量に対する確定状態と確率状態 39 |
| 2.3.2 二つの物理量のゆらぎ 40 |
| 2.4 状態の時間変化 42 |
| 2.4.1 シュレディンガー方程式 42 |
| 2.4.2 ユニタリー変換 43 |
| 2.4.3 シュレディンガー表示とハイゼンベルグ表示 44 |
| 演習問題 45 |
| 第3章 電磁場の量子化 46 |
| 3.1 正準量子化 46 |
| 3.2 調和振動子 47 |
| 3.2.1 古典的エネルギー 48 |
| 3.2.2 エネルギー演算子 49 |
| 3.2.3 生成・消滅演算子 50 |
| 3.2.4 エネルギー固有値 51 |
| 3.3 電磁場の量子化 52 |
| 3.3.1 古典的エネルギー 52 |
| 3.3.2 電磁場の量子化 53 |
| 演習問題 55 |
| 第4章 コヒーレント状態とスクイズド状態 56 |
| 4.1 コヒーレント状態 56 |
| 4.1.1 コヒーレント状態とは 56 |
| 4.1.2 単一周波数光はコヒーレント状態 57 |
| 4.1.3 平均光子数および光子数ゆらぎ 58 |
| 4.1.4 振幅ゆらぎ 60 |
| 4.1.5 コヒーレント状態の表示 63 |
| 4.1.6 量子雑音と古典雑音 64 |
| 4.2 スクイズド状態 68 |
| 4.2.1 直交位相スクイズド状態 68 |
| 4.2.2 直交位相スクイズド状態の発生方法 73 |
| 4.2.3 光子数スクイズド状態 74 |
| 4.2.4 損失の影響 75 |
| 演習問題 79 |
| 第5章 自然放出 80 |
| 5.1 誘導吸収と誘導放出 80 |
| 5.1.1 物質系のエネルギー準位 80 |
| 5.1.2 物質系の基本方程式 81 |
| 5.1.3 共鳴過程 84 |
| 5.2 自然放出 87 |
| 5.2.1 光と物質系の量子状態 88 |
| 5.2.2 時間発展 89 |
| 5.2.3 遷移確率 90 |
| 5.3 自然放出光パワー 93 |
| 演習問題 95 |
| 第6章 光パラメトリック増幅 97 |
| 6.1 光非線形性 97 |
| 6.2 四光波混合 98 |
| 6.2.1 非線形分極 98 |
| 6.2.2 非線形波動方程式 99 |
| 6.2.3 位相整合 104 |
| 6.3 スクイズド状態生成 106 |
| 6.4 パラメトリック増幅における自然放出 107 |
| 6.5 2次パラメトリック増幅 111 |
| 演習問題 113 |
| 第7章 単一光子の量子状態 114 |
| 7.1 1光子の重ね合わせ状態 114 |
| 7.2 1光子の不確定性 116 |
| 7.2.1 物理量演算子の表し方 116 |
| 7.2.2 不確定性 118 |
| 7.3 偏波の場合 121 |
| 7.3.1 物理量演算子の表式 121 |
| 7.3.2 不確定性 121 |
| 演習問題 124 |
| 第8章 光子の干渉 125 |
| 8.1 ヤングの干渉 125 |
| 8.2 ハンブリー・ブラウン・ツイストの干渉 127 |
| 8.2.1 電磁波の場合 128 |
| 8.2.2 光子の場合 129 |
| 8.2.3 古典と量子の違い 130 |
| 8.3 ビームスプリッタでの2光子干渉 131 |
| 8.4 パラメトリック自然放出光の2光子干渉 136 |
| 8.4.1 計測系の構成 136 |
| 8.4.2 電磁波の場合 137 |
| 8.4.3 光子の場合 138 |
| 8.4.4 古典と量子の違い 140 |
| 演習問題 141 |
| 第9章 量子もつれ 142 |
| 9.1 量子もつれ状態 142 |
| 9.1.1 量子もつれとは 142 |
| 9.1.2 もつれ状態の測定 148 |
| 9.1.3 量子もつれにまつわる議論 150 |
| 9.2 量子もつれ発生法 153 |
| 9.2.1 2次パラメトリック過程の角度位相整合による発生法 153 |
| 9.2.2 時間位置もつれ発生法 154 |
| 9.2.3 単一光子とビームスプリッタによる生成法 156 |
| 演習問題 158 |
| 第10章 量子情報通信 159 |
| 10.1 量子暗号 159 |
| 10.1.1 量子鍵配送 159 |
| 10.1.2 BB84プロトコル 161 |
| 10.1.3 その他のプロトコル 164 |
| 10.2 量子テレボーテーション 165 |
| 10.2.1 重ね合わせ状態の転送 165 |
| 10.2.2 定式的取り扱い 166 |
| 10.2.3 ベル測定について 168 |
| 10.3 量子コンピュータ 169 |
| 10.3.1 数の表し方 170 |
| 10.3.2 重ね合わせの並列処理 170 |
| 10.3.3 適用領域 172 |
| 10.3.4 実現に向けて 172 |
| 演習問題 173 |
| 問題の解答 174 |
| 索引 184 |
