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 Wintersemester angeboten wird.

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 50 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 Quantentechnologie Rempe, G.
Mitwirkende: Reiserer, A.
Mi, 10:00–12:00, PH II 127
UE 1 Übung zu Quantentechnologie Reiserer, A.
Leitung/Koordination: Rempe, G.
Mi, 09:00–10:00, PH-Cont. C.3203

Lern- und Lehrmethoden

Lecture + tutorial + homework

Medienformen

Balckboard and PowerPoint presentation

Literatur

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

Walls & Milburn: Quantum Optics, ISBN 9783540285748

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.

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.