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Angewandte Quantenmechanik
Applied Quantum Mechanics

Modul PH2205

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.

Modulversion vom WS 2017/8 (aktuell)

Von dieser Modulbeschreibung gibt es historische Versionen. Eine Modulbeschreibung ist immer so lange gültig, bis sie von einer neuen abgelöst wird.

verfügbare Modulversionen
WS 2017/8WS 2014/5

Basisdaten

PH2205 ist ein Semestermodul in Englisch auf Master-Niveau das im Wintersemester angeboten wird.

Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.

  • Allgemeiner Spezialfachkatalog Physik
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Applied and Engineering Physics
  • Spezialisierung im Elitemasterstudiengang Theoretische und Mathematische Physik (TMP)

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 60 h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2205 ist Friedemann Reinhard.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

This module is an introduction into the numerous applications of quantum mechanics that have emerged in recent years. After introducing the language of quantum information processing it will cover various applications such as

  • simple quantum algorithms for quantum computers
  • atomic clocks and GPS
  • superconducting SQUID magnetic field sensors for sensing of currents in the brain
  • protocols of nuclear magnetic resonance spectroscopy and their application in biochemistry
  • NV centers in diamond and their potential use for imaging of the magnetic fields of single molecules, hard disk write heads and neuronal currents.
  • decoherence of quantum systems; what it is, how it arises and how it can be mitigated in applications.

Lernergebnisse

Nach der erfolgreichen Teilnahme an dem Modul sind die Studierenden in der Lage:

  1. Auflistung einzelner Lernergebnisse …

Voraussetzungen

  • basic knowledge of quantum mechanics of Bachelor level

 

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VO 2 Applied Quantum Mechanics Reinhard, F. Di, 10:00–12:00, WSI 101S
UE 2 Übung zu Angewandte Quantenmechanik Irber, D.
Leitung/Koordination: Reinhard, F.

Lern- und Lehrmethoden

Teaching in this module is based on three components

Lecture

In the thematically structured lecture the learning content is presented. With cross references between different topics the universal concepts in physics are shown. In scientific discussions the students are involved to stimulate their analytic-physics intellectual power.

In the exercise the learning content is deepened and exercised using problem examples and calculations. Thus the students are able to explain and apply the learned physics knowledge independently.

Some lectures are taught in "flipped classroom format". Students will be asked to watch a webcast of the lecture, think about questions to ask, and discuss them with the lecturer in the following lecture. 

Homework

A homework of typically two to three exercises is assigned every week. These exercises are closely linked to the lecture and demand considerable effort. 

Exercises

The solution to the homework is presented and discussed in a weekly tutorial group. This event is led by an experienced PhD student or postdoc and equally serves as a forum to discuss any question relating to both the lecture and the homework. 

Medienformen

Blackboard/Powerpoint, 80%/20% respectively.

Literatur

M. Nielsen / I. Chuang - Quantum Computation and Quantum Information, Cambridge University Press, 2000

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

There will be a written exam of 90 minutes duration. Therein the achievement of the competencies given in section learning outcome is tested exemplarily at least to the given cognition level using calculation problems and comprehension questions.

For example an assignment in the exam might be:

  • Design of a quantum protocol to prepare a specific quantum state.
  • Computing the time evolution of a qubit under a quantum control sequence.
  • Analyzing decoherence of a qubit by the density matrix.

Participation in the tutorials is strongly recommended since the exercises prepare for the problems of the exam and rehearse the specific competencies.

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.

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