在这一课中，您将发现量子光学形式主义如何导致单光子波包的粒子样行为。为此，您需要学习简单和联合光电探测信号的量子光学表达式。与半经典表达式的比较将说明量子光学的必要性。

在本课中，您将通过计算发射到马赫-泽恩德干涉仪中的单光子的干涉模式，来解决单光子自干涉这一引人入胜的问题。为此，您将首先学习如何处理量子光学中的分光镜，这是一个非常重要的工具。您还将了解到，当您想用量子光学描述一个光学仪器时，掌握其经典光学描述是非常有用的。这节课让我们有机会思考神秘的波粒二象性概念，以及量子形式主义的力量，它可以一致地处理两种看似矛盾的行为。

在现实世界中，并不存在纯粹的单色辐射。对辐射的正确描述必然涉及多种模式。在这一课中，您将了解如何将典型量子化轻松推广到多种模式的情况，以及如何在多模式情况下表达单模式情况下引入的各种观测值或重要量。除了为了能够阅读描述实际情况的论文和书籍而必须学习的形式主义之外，本课中您还将遇到量子形式主义的一些引人入胜的特点：首先，状态空间大得令人难以置信，这是量子信息具有无限潜在力量的原因；其次，无穷大问题，这个问题通过重正化的一般程序得到了解决。请注意，作为某些讲座的资源，建议选读。

单光子源是量子光学的重要组成部分，无论是在研究实验室还是在应用量子技术中都是如此。本周的课程将介绍当今各种类型的单光子源，从预言中的单光子源到按需提供的单光子源。您将学习如何使用上一课介绍的多模形式主义来描述单光子波包，特别是自发发射光子的情况。首先，我们将介绍量子光学中常用的理论工具--海森堡形式主义。通过它，您可以发现表达在两个不同时间进行双重探测的概率的公式。您还将学习一些有关傅立叶变换的 "交易技巧"。

现在，您已经准备好对一个真实实验进行描述，该实验首次直接揭示了真正的单光子波包的双重性质--波和粒子。您不仅能用所学的形式主义描述粒子行为和波行为，还能看到如何考虑真实实验的特点，因为真实实验永远不会完美。最后，我们将有机会思考波粒二象性和互补性这两个不应混淆的概念，以及费曼将波粒二象性命名为 "伟大的量子之谜 "的说法。我将试图说服大家，当人们发现一种神秘的行为时，不应该抱怨，而应该探索从这种神秘中产生新的有趣事物的可能性。

在本课中，您将了解到两种基于单光子源的量子技术。量子技术可以让人们以一种与经典技术截然不同的方式实现目标。例如，量子密码学不受计算机能力进步的影响，而当我们拥有更强大的计算机时，许多经典密码学方法原则上都会被破解。同样，量子随机数发生器产生的是真正的随机数，而经典随机数发生器产生的只是伪随机数，可能会被用户以外的其他人猜到。本课也是学习量子信息两个重要概念的机会：(i) 基于光子偏振的量子比特；(ii) 著名的无克隆定理，它是量子密码学安全性的根源。