EKO Entegre Kuantum Optik ve Algılama Araştırma Grubu
EN TR

Eğitim

Kuantum teknolojileri, entegre fotonik ve ilgili alanlarda verilen dersler.

KBM 606 Fotonik Entegre Devreler

Lisansüstü ders, Hacettepe Üniversitesi, Kuantum Bilimi ve Mühendisliği, 2026

Bu dersin amacı, nanometre/mikrometre ölçeğindeki optik olayları anlamak, ışığı entegre mikro/nano-fotonik yapılar içinde yönlendirmeyi öğrenmek ve kuantum teknolojisi uygulamalarında kullanılan entegre mikro/nano-fotonik yapıları tasarlayabilmektir.

Detaylar

Ders İçeriği

Bölüm I - Kuram

  • Maxwell Denklemleri, Dalga Denklemi, Spektral Gösterim, Monokromatik Alanlar
  • Düalite, Enerji Akışı, Karşılıklılık, Arayüzler, Dielektrik Ortamlar
  • Kutuplanma ve TEM/TE/TM Alanları, Temel EM Dalgalar, Soğurma/Dağılım, Saçılma, Darbe Yayılımı
  • FDTD'nin Maxwell Denklemleri ile İlişkisi, Yee Hücresi ve Sınır Koşulları, Lumerical MODE (FDE) Öz Kip Çözücüsü ve Seyrek Matris Formülasyonu
  • 2B (Slab) Dielektrik Dalga Kılavuzları, Maxwell'den TE/TM Özdeğer Denklemlerine, Dağılım ve Normalize Etme

Bölüm II - Benzetim

  • Dalga kılavuzu yapılarının tasarımı ve sayısal benzetimleri-I
  • Dalga kılavuzu yapılarının tasarımı ve sayısal benzetimleri-II
  • Karmaşık yapıların tasarımı ve sayısal benzetimleri (MRR, ışık bölücüler, yönlü bağlaştırıcılar, ...) - I
  • Karmaşık yapıların tasarımı ve sayısal benzetimleri (MRR, ışık bölücüler, yönlü bağlaştırıcılar, ...) - II

Bölüm III - İleri Konular

  • Nano-fotonik kuantum uygulamaları -I
  • Nano-fotonik kuantum uygulamaları -II
  • Nano-fotonik kuantum uygulamaları -III
  • Üretim ve karakterizasyon teknikleri-I
  • Üretim ve karakterizasyon teknikleri-II
  • Nano-fotonik bileşenlerin ters tasarımı

Kaynaklar

  • B. E. A. Saleh, Fundamentals of Photonics, 3rd ed., Wiley, 2019.
  • R. Osgood ve X. Meng, Principles of Photonic Integrated Circuits: Materials, Device Physics, Guided Wave Design, Springer, 2021.
  • S. Chuang, Physics of Photonic Devices, 2nd ed., Wiley, 2009.
  • L. Novotny ve B. Hecht, Principles of Nano-Optics, 2nd ed., Cambridge University Press, 2012.

Değerlendirme

Bileşen
Sayı
Ağırlık
Ödevler
6
25%
Proje
1
25%
Final sınavı
1
50%
  • Toplam devam oranı %70'in üzerinde olmalıdır.
  • Öğrenciler kişisel projeleri için bir konu seçmeli veya belirlemelidir. Proje, matematiksel türetmeler, simülasyon/modelleme veya bir araştırma makalesindekine benzer diğer ilgili adımları içeren kapsamlı bir çalışma olmalıdır.
  • Final sınavı sınıfta yapılacak olup tarih ve saat daha sonra duyurulacaktır.

Proje Konuları

  • Yonga Üstü Dolaşık Foton Çifti Üretimi için Silisyum Fotonik Kaynak Tasarımı
  • Kuantum Girişimi için Entegre Işık Bölücü Tasarımı
  • Kompakt Bir Kuantum Durum Işık Bölücüsünün Ters Tasarımı
  • 50:50 Yönlü Bağlaştırıcı + Mikrohalka Filtre Sistemi Tasarımı
  • MRR + Izgara Bağlaştırıcı
  • Entegre Güç Bölücü + Dalga Boyu Filtresi
  • …

Ders Notları

KBM 603 Kuantum Teknolojileri ve Uygulamaları

Lisansüstü ders, Hacettepe Üniversitesi, Kuantum Bilimi ve Mühendisliği, 2026

Bu dersin amacı, temel kuantum teknolojilerinin nasıl gerçekleştirildiğini açıklamak ve kuantum teknolojilerinin temel zorlukları ile sınırlamaları hakkında bir anlayış oluşturmaktır.

Detaylar

Ders İçeriği

Bölüm I

  • Giriş
  • İki seviyeli sistemler ve Tek Foton Kaynakları (SPS)
  • Rydberg Atomları / Nötr Atomlar
  • Süperiletken Kübitler
  • Doğrusal Olmayan Etkileşimler ve Foton Çifti Kaynakları
  • Qumode'lar

Bölüm II

  • Fotonik Kuantum Kapıları ve Gerçeklemeleri (DV)
  • Kuantum Durumlarının Karakterizasyonu (DV)
  • Kuantum Durumlarının Karakterizasyonu (CV)

Bölüm III

  • Kuantum Hesaplama (Donanım)
  • Kuantum Haberleşme
  • Kuantum Algılama

Kaynaklar

  • M. Fox, Quantum Optics: An Introduction, Oxford University Press, 2006.
  • A. Blais, A. L. Grimsmo, S. M. Girvin ve A. Wallraff, Circuit Quantum Electrodynamics, Rev. Mod. Phys. 93, 025005 (2021).
  • O. Ezratty, Understanding Quantum Technologies 2025.
  • M. A. Nielsen ve I. L. Chuang, Quantum Computation and Quantum Information, Cambridge University Press, 2009.
  • M. Benyoucef (Ed.), Photonic Quantum Technologies: Science and Applications, Wiley, 2023.
  • C. L. Degen, F. Reinhard ve P. Cappellaro, Quantum sensing, Rev. Mod. Phys. 89, 035002 (2017).

Değerlendirme

Bileşen
Sayı
Ağırlık
Ödevler
3
25%
Proje
1
25%
Final sınavı
1
50%
  • Toplam devam oranı %70'in üzerinde olmalıdır.
  • Öğrenciler kişisel projeleri için bir konu seçmeli veya belirlemelidir. Proje, matematiksel türetmeler, simülasyon/modelleme veya bir araştırma makalesindekine benzer diğer ilgili adımları içeren kapsamlı bir çalışma olmalıdır.
  • Final sınavı sınıfta yapılacak olup tarih ve saat daha sonra duyurulacaktır.

Proje Konuları

  • Süperiletken Kuantum Devreleri
  • Kuantum Haberleşme Protokolleri
  • Kuantum Metroloji Uygulamaları
  • Fotonik Kuantum Işık Kaynakları
  • …

Ders Notları

KBM 607 Kuantum Teknolojileri için Lineer Olmayan Optik

Lisansüstü ders, Hacettepe Üniversitesi, Kuantum Bilimi ve Mühendisliği, 2027

Bu ders, doğrusal olmayan optiğin fiziksel ilkelerini ve foton çifti üretimi, spektral mühendislik, entegre fotonik, sıkıştırılmış ışık ve kuantum frekans dönüşümü dâhil kuantum teknolojilerindeki uygulamalarını ele alır.

Detaylar

Ders İçeriği

1. Hafta

  • Doğrusal ve doğrusal olmayan malzeme tepkisi; elektriksel kutuplanma; Lorentz osilatörü ve anharmonik tepki; χ(1), χ(2), χ(3) duyarlılık açılımı; temel frekans üretim süreçleri; klasik-kuantum karşılıklılığı.

2. Hafta

  • Dielektrik ortamlarda dalga denklemi; doğrusal duyarlılık ve kırılma indisi; faz ve grup hızı; grup hızı dispersiyonu; dağıtılmış bir kaynak olarak doğrusal olmayan kutuplanma; faz eşleştirmeye hazırlık.

3. Hafta

  • Tensör duyarlılığı; kristal ve tersinim simetrisi; kısaltılmış gösterim; SHG, SFG ve DFG; Tip-0/I/II kutuplanma düzenleri; seçim kuralları ve etkin doğrusal olmayan katsayı d_eff.

4. Hafta

  • Dalga vektörü uyumsuzluğu Δk; tutarlı birikim ve sinc tepkisi; tutarlılık uzunluğu; çiftkırılmalı faz eşleştirme; QPM ve periyodik kutuplama; spektral kabul aralığı; SPDC kaynak mühendisliğinin gözden geçirilmesi.

5. Hafta

  • Genel bağlı dalga denklemleri; dönüşüm ve enerji alışverişi; pompa tükenmesi; Manley–Rowe bağıntıları; optik parametrik yükseltme ve salınım; faza duyarlı kazanç; SPDC ve sıkıştırmanın klasik öncülü.

6. Hafta

  • Alan kuantizasyonu; etkileşim Hamiltonyeni; vakumdan başlayan çift üretimi; pertürbatif ve sıkıştırılmış vakum betimlemeleri; çoklu çift istatistikleri; sürekli frekanslı durum; heralding ve kaynak ölçütleri.

7. Hafta

  • Parçacık sayısını koruyan frekans-modu bağlaşımı; JSA ve JSI; grup hızı eşleştirme; indirgenmiş durumlar; Schmidt ayrışımı ve saflık; filtreleme ödünleşimleri; spektral faz; Hong–Ou–Mandel ayırt edilemezliği.

8. Hafta

  • Optik Kerr etkisi; n2; SPM ve XPM; doğrusal olmayan faz; etkin uzunluk ve mod alanı; dalga kılavuzu katsayısı γ; klasik FWM faz eşleştirme koşulları.

9. Hafta

  • SFWM Hamiltonyeni ve vakumdan çift üretimi; darbeli ve sürekli dalga pompalama; SFWM JSA; dispersiyon mühendisliği; çift üretim hızı ve çoklu çift ölçeklenmesi; Raman ve doğrusal olmayan saçılma; ölçüm ve SPDC ile karşılaştırma.

10. Hafta

  • Kılavuzlanan modlar ve etkin indis; mod ve doğrusal olmayan örtüşme; yayılım/bağlaşım kaybı; yönlü bağlaştırıcılar; Mach–Zehnder girişimölçerleri; üretim toleransları; silisyum ve SiN platformları; tasarım iş akışı.

11. Hafta

  • Mikro-halka rezonans koşulları; FSR, çizgi genişliği, foton ömrü ve kalite faktörleri; iç/bağlaşım kaybı ve kritik bağlaşım; alan güçlendirme; rezonatörde FWM; tümleşik dispersiyon; JSA saflığı ve çıkarım ödünleşimleri; ayarlama ve filtreleme.

12. Hafta

  • Kuadratur operatörleri ve gösterimleri; vakum/koherent/sıkıştırılmış durumlar; tek ve iki modlu sıkıştırma; EPR korelasyonları; homodin algılama; faz gürültüsü ve uygulamadaki sınırlar.

13. Hafta

  • Parçacık sayısını koruyan frekans-modu bağlaşımı; DFG, SFG ve FWM Bragg saçılması; frekans uzayında ışın bölücü dönüşümü; verimlilik, bant genişliği ve gürültü; kuantum durumlarının korunması; frekans aralıkları arasındaki kuantum durum dolaşıklığı; yayıcı, bellek ve telekom arayüzleri; ağ düzeyinde tasarım ve raporlama ölçütleri.

Kaynaklar

  • G. P. Agrawal, Nonlinear fiber optics, Sixth edition. London: Academic Press, an imprint of Elsevier, 2019.
  • R. W. Boyd, Nonlinear optics, Fourth edition. London: Elsevier, AP Academic Press, 2020.
  • M. Chekhova and P. Banzer, Polarization of light: in classical, quantum, and nonlinear optics. in Graduate. Berlin Boston: De Gruyter, 2021.
  • P. D. Drummond and M. Hillery, The Quantum Theory of Nonlinear Optics, 1st ed. Cambridge University Press, 2014.

Değerlendirme

Bileşen
Sayı
Ağırlık
Ödevler (Sınıf İçi)
5
25%
Ara sınav
1
25%
Final sınavı
1
50%
  • Toplam devam oranı %70'in üzerinde olmalıdır.
  • Final sınavı sınıfta yapılacak olup tarih ve saat daha sonra duyurulacaktır.

Ders Notları

  • Doğrusal Olmayan Optiğe Giriş
  • Dalga Yayılımı ve Dispersiyon
  • χ², Tensör ve Simetri
  • Faz Eşleştirme ve QPM
  • Üç Dalga Karışımı, OPA ve OPO
  • Kuantum χ² ve SPDC
  • SPDC Spektral Mühendisliği ve HOM
  • Üçüncü Dereceden Optik: Kerr ve FWM
  • Kendiliğinden Dört Dalga Karışımı
  • Entegre Dalga Kılavuzu Aygıtları
  • Rezonatör Destekli Kuantum Fotonik
  • Kuadratur Operatörleri, Sıkıştırma ve CV Optik
  • Kuantum Frekans Dönüşümü