Acquis d'apprentissage

Le concept de quanton et ses conséquences en physique.

Les postulat de la mécanique quantique (Schrödinger) et leurs applications.

Les outils mathématique de la mécanique quantique de base

 

Objectifs

Situer la mécanique quantique dans un contexte historique et montrer comment elle décrit de manière extraordinairement exacte le monde.

Utiliser à bon escient le formalisme de la mécanique quantique, sur base des postulats.

Introduire les concetps purement quantiques  (Effet tunnel, spin, ...) et leur applications  (cryptographie, ...)

 

Contenu

Le cours propose une introduction aux concepts quantiques. Après un aspect historique, les outils mathématiques de la mécanique quantique sont présentés.  Les postulats de la théorie quantique sont présentés.  Les concepts purement quantiques (spin, localisation, intrication) sont explicités et leurs conséquences sur la compréhension du monde et sur la technologie explicités.

Table des matières

1 Les quantons

1.1 La lumière et les photons

1.2 La matière et les quantons

1.3 Paquets d’ondes

 

2 Outils Mathématiques

2.1 Espaces des états, base et représentation

2.2 Opérateurs et observables

2.3 Représentations des opérateurs

 

3 Les postulats de la mécanique quantique et leurs conséquences

3.1 États d’un système

3.2 Grandeurs physiques et observables

3.3 Résultats de la mesure d’une grandeur physique

3.4 Probabilités de mesure

3.5 Projection lors de la mesure

3.6 Évolution dans le temps d'un système

3.7 Les points de vue de Schrödinger, de Heisenberg et d’interaction

 

4 Systèmes quantiques stationnaires à une dimension

4.1 Solutions générales

4.2 Puits infini de largeur finie

4.3 Potentiel constant par partie

4.4 Exemples de systèmes à 1D

 

5 Indicateurs statistiques

5.1 Valeur Moyenne et Déviation standard

5.2 Inégalités d’Heisenberg

5.3 Évolution de la valeur moyenne

5.4 Limite Classique et théorème d’Ehrenfest

 

6 Systèmes à plusieurs dimensions et et systèmes à plusieurs quantons

6.1 Produit tensoriel d’espaces d’états

6.2 Équations aux valeurs propres

6.3 Exemples

6.4 Ensemble Complet d’Observables qui commutent (ECOC)

 

7 Autres Concepts et applications quantiques

7.1 Le Spin

7.2 Particules identiques : Bosons et Fermions

7.3 Déterminisme, localité, intrication, variables cachées

7.4 Information, communication et Ordinateur Quantique


 


 

Méthodes d'enseignement

Cours magistral et travaux dirigés avec participation de l'étudiant.

Méthode d'évaluation

Examen oral unique (théorie et exercices) avec préparation écrite en session. 

La partie théorique compte pour 2/3 de la note finale, la partie d'exercice pour le 1/3 restant.

 

 

 

Sources, références et supports éventuels

Référence Principale
N. Zettili. Quantum mechanics. Wiley (2003)

Autres Références

C. Cohen-Tannoudji, B. Diu et F. Laloë, Mécanique quantique I (Editions Hermann, Collection : Enseignement des sciences, 1997) Mécanique Quantique}(2 tomes),

C. Aslangul. Mécanique Quantique(2 tomes), De Boeck - Larcier (2007)

J.-P. Pérez, R. Charles, O. Pujol. Quantique. Fondements et applications.De Boeck (2013)

 

 

Langue d'instruction

Formation Programme d’études Bloc Crédits Obligatoire
Bachelier en sciences physiques Standard 0 6
Bachelier en sciences physiques Standard 2 6