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In modern quantum optics experiments, the quantum nature of light and matter can be directly studied. Using atoms and photons, many of the fascinating Gedanken-experiments of quantum mechanics can now be realized in the laboratory. Novel experimental techniques enable measurements of highest precision and new applications in quantum information. Experiment and theory are often closely connected in this field.

This lecture gives an introduction to the quantum-mechanical nature of light. We will start with a review of basic concepts in classical optics, after which we turn to theoretical concepts in understanding and describing quantum states of light. The lecture will conclude with an overview of key experiments in the field and recent advances to harness the nonclassical nature of light for quantum technologies. [more]

Diese Vorlesung gibt eine Einführung in die Quantenphysik von Spins, Atomen, Molekülen und Licht, sowie deren moderne Anwendungen in der Quantentechnologie.

Zielgruppe: Studierende der Physik, Nanowissenschaften und Computational Physics im 4. Semester. [mehr]

Diese Vorlesung gibt eine Einführung in die klassische Elektrodynamik und Optik anhand zahlreicher Demonstrationsexperimente und Rechenbeispiele. Neben diesen Themen werden unverzichtbare Grundlagen für die wissenschaftliche Beschreibung der Natur vermittelt, wie z.B. die Durchführung und kritische Auswertung von Experimenten und die Beschreibung der Natur mit Hilfe von mathematischen Modellen.

Zielgruppe: Studierende der Physik, Nanowissenschaften, Chemie, Informatik und Computational Science im 2. Semester. [mehr]

Quantum mechanics is too complicated to be done by hand. Even relatively simple problems, such as two interacting particles in a one-dimensional trap, do not have analytic solutions and require the use of computers for their solution and visualization. More complex problems scale exponentially with the number of degrees of freedom, and make the use of large computer simulations unavoidable.

This course will revisit most of the problems encountered in introductory quantum mechanics, focusing on computer implementations for finding analytical as well as numerical solutions and their visualization. We will use these implementations as building blocks for solving more complex problems such as the coherent laser-driven dynamics in the Rubidium hyperfine structure or the Rashba interaction of an electron moving in 2D. [more]

This proseminar aims at exposing students to modern research topics in the field of experimental nano- and quantum physics, which is one of the cornerstones in research at the Basel physics department. Students choose, research, and present topics from the recent literature in the field, aided by TAs working on or near the chosen subject. [more]

Quantum control of matter with light and light with matter is at the heart of many spectacular advances in the field of quantum science and technology. Light-matter interactions play an essential role in a variety of systems such as ultracold atomic gases, trapped ions, NV centers in diamond, semiconductor quantum dots, optomechanical systems and, in the microwave domain, in superconducting devices. Experiments and theory are often closely connected in this field.

This lecture gives an introduction to the physics of light-matter interactions and its applications in quantum technology. Topics to be discussed include: Two-level system interacting with light, Rabi oscillations, Ramsey spectroscopy, optical Bloch equations, mechanical effects of light, laser cooling and trapping, Jaynes-Cummings model, spontaneous emission, cavity quantum electrodynamics, optomechanics, three-level atoms interacting with light: EIT, coherent population trapping, quantum memories for single photons, quantum metrology. [more]

Diese Vorlesung gibt eine Einführung in die klassische Mechanik und Thermodynamik anhand zahlreicher Demonstrationsexperimente und Rechenbeispiele. Neben diesen Themen werden unverzichtbare Grundlagen für die wissenschaftliche Beschreibung der Natur vermittelt, wie z.B. die Durchführung und kritische Auswertung von Experimenten und die Beschreibung der Natur mit Hilfe von mathematischen Modellen.

Zielgruppe: Studierende der Physik, Nanowissenschaften, Chemie, Informatik und Computational Science im 1. Semester. [mehr]

The invention of atomic trapping, laser cooling and evaporative cooling made it possible to cool atomic gases to nanokelvin temperatures. At such low temperatures, the atoms form Bose-Einstein condensates or degenerate Fermi gases that allow studies of quantum phenomena in very clean and controllable systems. For example, ultracold atoms in optical lattices can be used as quantum simulators for condensed matter Hamiltonians. Chip-based microtraps can be used to generate atom-atom entanglement for quantum metrology. Ultracold atoms find applications in atomic clocks and atom interferometers for precision measurement.

This lecture gives an introduction to the field of ultracold atoms. We will discuss the basic phenomena and develop the necessary theoretical tools, as well as discuss key experiments in the field. The goal is to provide a solid background for research in ultracold atoms and related fields. [more]

Die Vorlesung gibt eine Einführung in die Atom- und Quantenphysik. Sie beginnt mit grundlegenden Eigenschaften von Atomen und einer Besprechung wichtiger Experimente, die zur Entwicklung der Quantenphysik geführt haben. Nach einer Diskussion des Welle-Teilchen-Dualismus von Licht und Materie werden die Grundprinzipien der Quantenmechanik systematisch eingeführt. Die Schrödingergleichung wird für wichtige Systeme gelöst (Potentialtöpfe und -stufen, harmonischer Oszillator, Wasserstoffatom). Das Wasserstoffatom wird inklusive Fein- und Hyperfeinstruktur besprochen. Weitere Themen sind Mehrelektronenatome, Atom-Licht-Wechselwirkung, sowie Grundlagen der Molekülbindung. Der kanonische Stoff der Vorlesung wird durch die Diskussion moderner Experimente der Quanten- und Atomphysik ergänzt und veranschaulicht. [mehr]