Angewandte Supraleitung 2 (Supraleitende Quantenschaltkreise)
Applied Superconductivity 2 (Superconducting Quantum Circuits)

Modul PH2145

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

Basisdaten

PH2145 ist ein Semestermodul in Deutsch oder Englisch auf Master-Niveau das im Sommersemester angeboten wird.

Die Gültigkeit des Moduls ist bis WS 2012/3.

Soweit nicht beim Export in einen fachfremden Studiengang ein anderer studentischer Arbeitsaufwand ("Workload") festgelegt wurde, ist der Umfang der folgenden Tabelle zu entnehmen.

GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (ECTS)
150 h  h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2145 ist Rudolf Gross.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Die physikalischen Grundlagen und Realisierungsmöglichkeiten von festkörperbasierter Quantenelektronik haben im Zusammenhang mit der Entwicklung von Quanteninformationssystemen starkes Interesse geweckt und werden in großen Verbundprojekten erforscht (z.B. SFB 631, Exzellenzcluster NIM). In diesem Modul wird die Physik supraleitender Quantenschaltkreise diskutiert und gezeigt, wie solche Schaltkreise mit supraleitenden Dünnschicht- und Nanostrukturen realisiert werden können. Es wird ferner vorgestellt, wie diese Schaltkreise für Erforschung der fundamentalen Lich-Materie-Wechselwirkung, für die Realisierung von festkörperbasierten Quanteninformationverarbeitungsystemen und für die Quantensimulationen verwendet werden können. Die Vorlesung umfasst die folgenden Themen:

  • sekundäre Quanteneffekte beim Josephson-Effekt
  • supraleitende Schaltkreise: von Resonatoren bis zu Quantenbits
  • Quantenelektrodynamik mit Schalkreisen: "Quantenoptik auf einem Chip"
  • Quanteninformationsverarbeitung mit supraleitenden Schalkreisen
  • propagierende Quantenmikrowellen

Lernergebnisse

Durch die Teilnahme an diesem Modul erwerben sich die Studenten und Sudentinnen fundierte Kenntnisse zum Themengebiet Quantenelektronik und supraleitende Quantenschaltkreise, insbesondere zu folgenden Teilaspekten:
1) sekundäre Quanteneffekte beim Josephson-Effekt, 2) supraleitende Schaltkreise: von Resonatoren bis zu Quantenbits, 3) Quantenelektrodynamik mit Schalkreisen: "Quantenoptik auf einem Chip", 4) Quanteninformationsverarbeitung mit supraleitenden Schalkreisen, 5) propagierende Quantenmikrowellen.

Voraussetzungen

Grundlegende Kenntnisse zur Physik der Kondensierten Materie und zur Quantenmechanik.

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lern- und Lehrmethoden

Vortrag, Beamerpräsentation, Tafelarbeit, Übungen in Einzel- und Gruppenarbeit, Diskussion

Medienformen

Vortragsfolien, Übungsblätter, ergänzende Literatur.

Literatur

  • Vorlesungsfolien
  • Tinkham: Introduction to Superconductivity
  • K. K. Likharev: Dynamics of Josephson Junctions and Circuits Gordon and Breach Science Publishers, New York (1986)
  • T. P. Orlando, K. A. Delin: Foundations of Applied Superconductivity, Addison-Wesley, New York (1991)
  • Buckel, Kleiner: Supraleitung
  • Claude Cohen-Tannoudji: Quantum Mechanics, Volume I, Wiley-Interscience (2006)
     

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

In einer mündlichen Prüfung wird das Erreichen der Lernergebnisse durch Verständnisfragen und Beispielaufgaben bewertet.

Die Prüfung kann in Übereinstimmung mit §12 (8) APSO auch schriftlich abgehalten werden, in diesem Fall ist der Richtwert für die Prüfungsdauer 60 Minuten.

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten. Eine Wiederholungsmöglichkeit wird im Folgesemester angeboten.

Kondensierte Materie

Wenn Atome sich zusammen tun, wird es interessant: Grundlagenforschung an Festkörperelementen, Nanostrukturen und neuen Materialien mit überraschenden Eigenschaften treffen auf innovative Anwendungen.

Kern-, Teilchen-, Astrophysik

Ziel der Forschung ist das Verständnis unserer Welt auf subatomarem Niveau, von den Atomkernen im Zentrum der Atome bis hin zu den elementarsten Bausteinen unserer Welt.

Biophysik

Biologische Systeme, vom Protein bis hin zu lebenden Zellen und deren Verbänden, gehorchen physikalischen Prinzipien. Unser Forschungsbereich Biophysik ist deutschlandweit einer der größten Zusammenschlüsse in diesem Bereich.