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Quantentechnologie
Quantum Technology

Modul PH2263

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

PH2263 ist ein Semestermodul in Englisch 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
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Physik der kondensierten Materie

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 45 h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2263 ist Gerhard Rempe.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Quantum theory was originally formulated as a statistical theory that describes ensembles of particles. Meanwhile, however, experiments in many laboratories around the world (and even by Google, IBM, Microsoft and Intel) have demonstrated quantum control over single particles. This has led to the dream of a “second quantum revolution”, in which the strangeness and the power of quantum physics is harnessed to facilitate novel technologies that provide possibilities beyond those offered by any classical device. In diverse settings, theory and proof-of-concept experiments have shown that one can gain unique advantage by storing, transmitting, and processing information encoded in systems that exhibit quantum properties. Examples include quantum cryptography (that allows for unbreakable encryption), quantum measurements (that can provide unprecedented resolution), quantum simulation (that can help to gain insight into complex quantum systems and materials), and quantum information processing (that can dramatically improve computational power for specific tasks).

This lecture will cover the basic principles that lie at the heart of the mentioned quantum technologies.

Lernergebnisse

After successful completion of the module the students will be able to answer the folloing questions:

  1. Where and why is the control and entanglement of quantum systems a unique resource?

  2. What are “quantum light fields”, and what are “quantum bits”? How can they be prepared, manipulated and measured?

  3. What are quantum logic operations? How can they be implemented?

  4. What it is decoherence? How it can be avoided?

  5. Which experimental platforms can be used for quantum technology? What are their similarities, what are their differences?

  6. What are the open challenges towards up-scaling?

Voraussetzungen

Keine Vorkenntnisse nötig, die über die Zulassungsvoraussetzungen zum Masterstudium hinausgehen.

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VO 2 Quantum Technology Rempe, G.
Mitwirkende: Reiserer, A.
Mi, 10:00–12:00, PH II 127
UE 1 Exercise to Quantum Technology Merkel, B. Weiß, L.
Leitung/Koordination: Rempe, G.
Termine in Gruppen

Lern- und Lehrmethoden

In der thematisch strukturierten Vorlesung werden die Lerninhalte präsentiert, dabei werden insbesondere mit Querverweisen zwischen verschiedenen Themen die universellen Konzepte der Quantentechnologie aufgezeigt. In wissenschaftlichen Diskussionen werden die Studierenden mit einbezogen und das eigene analytisch-physikalische Denkvermögen gefördert.

In der Übung werden anhand von Problembeispielen und (Rechen-)Aufgaben die Lerninhalte vertieft und eingeübt, sodass die Studierenden das Gelernte selbständig erklären und anwenden können.

Medienformen

Balckboard und PowerPoint Präsentation

Übungsblätter

Literatur

S. Haroche & J.M. Raimond: Exploring the Quantum, ISBN 0198509146

Fox: Quantum Optics, ISBN 9780198566731

Weitere Literaturhinweise in der Vorlesung.

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

Es findet eine schriftliche Klausur von 60 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 25 Minuten.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

  • Make a sketch of a control sequence that generates a maximally entangled state between two quantum bits.
  • Explain how the individual steps of this control sequence can be implemented with superconducting qubits.
  • Explain the main sources of decoherence for spin qubits in Silicon, and how this decoherence can be reduced by control and materials engineering.

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.

Aktuell zugeordnete Prüfungstermine

Derzeit sind in TUMonline die folgenden Prüfungstermine angelegt. Bitte beachten Sie neben den oben stehenden allgemeinen Hinweisen auch stets aktuelle Ankündigungen während der Lehrveranstaltungen.

Titel
ZeitOrtInfoAnmeldung
Prüfung zu Quantentechnologie
Mo, 9.7.2018 Dummy-Termin. Wenden Sie sich zur individuellen Terminvereinbarung an die/den Prüfer(in). Anmeldung für Prüfungstermin vor 24.9.2018. // Dummy date. Contact examiner for individual appointment. Registration for exam date before 2018-09-24. bis 30.6.2018
Di, 25.9.2018 Dummy-Termin. Wenden Sie sich zur individuellen Terminvereinbarung an die/den Prüfer(in). Anmeldung für Prüfungstermin zwischen 25.9.2018 und 20.10.2018. // Dummy date. Contact examiner for individual appointment. Registration for exam date between 2018-09-25 and 2018-10-20. bis 24.9.2018
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