de | en

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

This class shall enable students to  

  • understand the definition of a qubit
  • understand the most prominent implementations of qubits 
  • understand the description of quantum manipulations as a circuit and as a quantum control protocol
  • understand the most prominent applications of qubits as quantum sensors
  • understand and apply the semiclassical model of light-matter interaction
  • understand simple quantum algorithms for computation and error correction
  • analyze superconducting quantum circuits using the Josephson equations 
  • analyze decoherence using the density matrix
  • create and visualize quantum control protocols to control the time evolution of a qubit and to prepare specific quantum states

Voraussetzungen

  • basic knowledge of quantum mechanics

 

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

Lern- und Lehrmethoden

Teaching in this course 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. 

Tutorial

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

Es findet eine schriftliche Klausur von 90 Minuten Dauer statt. Darin wird exemplarisch das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe durch Rechenaufgaben und Verständnisfragen überprüft.

Die Prüfung kann in Übereinstimmung mit §12 (8) APSO auch mündlich abgehalten werden, in diesem Fall ist der Richtwert für die Prüfungsdauer 20 Minuten.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

  • 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.

Die Teilnahme am Übungsbetrieb wird dringend empfohlen, da die Übungsaufgaben auf die in der Modulprüfung abgefragten Problemstellungen vorbereiten und somit die spezifischen Kompetenzen eingeübt werden.

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.

Nach oben