In dieser Lektion lernen Sie, wie man multimodale quasi-klassische Zustände des Lichts verwendet, um reales klassisches Licht mit mehreren Komponenten zu beschreiben. Sie werden die Demonstration des Verhaltens eines quasi-klassischen Wellenpakets auf einem Strahlteiler finden, eine Eigenschaft, die in der Quantenoptik 1 verwendet wird, um den dramatischen Unterschied zwischen einem klassischen und einem Einzelphotonen-Wellenpaket zu zeigen. Sie werden auch lernen, wie man in der Quantenoptik die Beobachtung einer Schwebungsnote zwischen zwei Lasern beschreiben kann. Dies ist an sich schon ein interessantes Thema, das in den Jahren nach der Erfindung des Lasers viele Diskussionen ausgelöst hat und das, wenn es wie in dieser Lektion diskutiert wird, kristallklar ist. Es handelt sich dabei auch um eine in den AMO-Labors häufig eingesetzte Technik, die als Heterodyn-Detektion bekannt ist und über die Sie etwas erfahren werden. Sie werden auch einige grundlegende Ideen über inkohärente und kohärente Muitimode-Strahlung sowie über Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen einem klassischen statistischen Mittelwert und einem Quantenmittelwert kennenlernen. Mit diesen Begriffen werden Sie in der Lage sein, bestimmte Quanteneigenschaften von gequetschtem Licht besser zu verstehen, die in der nächsten Lektion vorgestellt werden.

In dieser Lektion lernen Sie etwas über nicht-klassische Zustände des Lichts, gequetschte Zustände, die es ermöglichen, "das Standard-Quantenlimit zu unterbieten", d.h. Messungen mit einer Unsicherheit durchzuführen, die geringer ist als die, die als ultimatives Limit angesehen wurde und die in der Tat für einen perfekt kontrollierten klassischen Lichtstrahl gilt, entweder einen Laserstrahl oder einen Strahl aus einer Standardquelle. Der Begriff der gequetschten Zustände des Lichts wurde 1980 entdeckt, in der Hoffnung, Gravitationswellen mit riesigen optischen Interferometern nachweisen zu können. Fast 40 Jahre später werden die gequetschten Lichtzustände mit diesen riesigen Interferometern effektiv genutzt und versprechen, das Volumen des Universums, das von diesen Interferometern erforscht wird, erheblich zu vergrößern. Dies ist ein Beispiel für eine Quantentechnologie, die auf einem Multi-Photonen-Quantenzustand basiert, ohne eine klassische Entsprechung.

Die Verschränkung ist eine quantenmechanische Eigenschaft, die lange Zeit ignoriert oder unterschätzt wurde, trotz der Debatte zwischen Einstein und Bohr über sie. Erst mit der Entdeckung von John Bell Mitte der 1960er Jahre, mit der die Debatte experimentell beigelegt werden konnte, erkannten einige Physiker die Möglichkeit, die Verschränkung für neue Wege der Informationsverarbeitung und -übermittlung zu nutzen. In dieser Lektion lernen Sie etwas über die Verschränkung und die Bell'schen Ungleichungstests, über den Fall eines in der Polarisation verschränkten Photonenpaares, das System, das zu den ersten überzeugenden Experimenten geführt hat. Es werden Konsequenzen für unser Verständnis der Quantenwelt angesprochen, wobei die Beschreibung einiger auf Verschränkung basierender Quantentechnologien der nächsten Lektion vorbehalten bleibt.

Die zweite Quantenrevolution ist nicht nur konzeptioneller Natur, da wir den außergewöhnlichen Charakter der Verschränkung verstanden haben, sondern sie verspricht auch technologischer Natur zu sein, mit Anwendungen, die vor der Realisierung des Potenzials der Verschränkung nicht denkbar waren. Die auf Verschränkung basierende Quantenkryptographie und das faszinierende Konzept der Quantenteleportation sind die Quantentechnologien, die den Quantennetzwerken, dem so genannten Quanteninternet, zugrunde liegen, und in dieser Lektion werden Sie ihre Prinzipien im Detail verstehen. Um ein Quantennetzwerk über große Entfernungen aufzubauen, braucht man gute Quantenspeicher, was derzeit eine sehr große Herausforderung darstellt. Sie werden in dieser Lektion auch, wenn auch weniger detailliert, die Grundidee der Quantensimulatoren kennenlernen, die 1982 von Feynman eingeführt wurde, aber erst in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen hat. Sie bietet im Jahr 2019 die faszinierende Perspektive, nicht nur physikalische Phänomene zu ergründen, die zu schwierig sind, um sie auf einem klassischen Computer zu lösen, wie z.B. die Supraleitung bei hoher kritischer Temperatur, sondern auch schwierige praktische Optimierungsprobleme zu lösen, dank des Konzepts der NISQ (Noisy Intermediate Scale Quantum) Simulatoren, die nicht perfekt sein müssen.