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 oder Deutsch auf Master-Niveau das im Sommersemester angeboten wird.

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

  • Allgemeiner Spezialfachkatalog Physik
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Applied and Engineering Physics

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 40 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

Lecture + Tutorial + Homework

Medienformen

Blackboard/Powerpoint, 80%/20% respectively.

Literatur

keine Angabe

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.

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.