Kursplanen innehåller ändringar
Se ändringarKursplan fastställd 2020-02-13 av programansvarig (eller motsvarande).
Kursöversikt
- Engelskt namnQuantum optics and quantum information
- KurskodFKA173
- Omfattning7,5 Högskolepoäng
- ÄgareMPNAT
- UtbildningsnivåAvancerad nivå
- HuvudområdeTeknisk fysik
- InstitutionMIKROTEKNOLOGI OCH NANOVETENSKAP
- BetygsskalaTH - Mycket väl godkänd (5), Väl godkänd (4), Godkänd (3), Underkänd
Kurstillfälle 1
- Undervisningsspråk Engelska
- Anmälningskod 18119
- Blockschema
- Sökbar för utbytesstudenterJa
Poängfördelning
Modul | LP1 | LP2 | LP3 | LP4 | Sommar | Ej LP | Tentamensdatum |
---|---|---|---|---|---|---|---|
0113 Tentamen 7,5 hp Betygsskala: TH | 7,5 hp |
|
I program
- MPNAT - NANOTEKNOLOGI, MASTERPROGRAM, Årskurs 1 (obligatoriskt valbar)
- MPNAT - NANOTEKNOLOGI, MASTERPROGRAM, Årskurs 2 (obligatoriskt valbar)
Examinator
- Witlef Wieczorek
- Avdelningschef, Kvantteknologi, Mikroteknologi och nanovetenskap
Behörighet
Grundläggande behörighet för avancerad nivåSökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.
Särskild behörighet
Engelska 6Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.
Kursspecifika förkunskaper
Studenterna förutsätts ha klarat en inledande kurs i kvantmekanik. Viss vana vid Diracs notation (bra-ket) underlättar men är inte nödvändig. Alla relevanta koncept introduceras på föreläsningarna.Syfte
Kursen ger en introduktion till hur vi kan manipulera, detektera och förstå kvantmekaniska system såsom enskilda atomer och fotoner, och hur vi kan använda dem som kvantmekaniska två-nivåsystem - kvantbitar - för kvantmekanisk informationsbehandling. Kursen ger en orientering om detta aktiva område, och anknyter till vår forskning om kvantmekaniska elektroniska kretsar och mikrovågsfotoner.Vi studerar hur materia (atomer) växelverkar med elektromagnetiska fält på kvant-nivå (fotoner) och hur man kan göra experiment som demonstrerar kvantmekanikens märkliga egenskaper, t.ex. teleportation. I dessa experiment kan vi använda "vanliga" atomer eller artificiella atomer: speciella supraledande mikroelektroniska kretsar med kvantmekaniska egenskaper "som om" de vore atomer.
Med sådan kvantteknologi kan vi bygga kvantdatorer och kvantkommunikationssystem. Kvantdatorer gör vissa beräkningar och simuleringar med kvantalgoritmer enormt mycket snabbare än vad som någonsin vore möjligt med klassiska datorer. Vi studerar några elementära kvantalgoritmer i kursen. Kvantkommunikationssystem används för att kommunicera över absolut säkra kanaler, vilket vi också kort behandlar i kursen.
Lärandemål (efter fullgjord kurs ska studenten kunna)
Efter kursen ska studenterna kunna- härleda Hamilton-operatorn för en elektrisk krets;
- förstå skillnaden mellan klassiska och icke-klassiska elektromagnetiska fält;
- förklara och använda Jaynes-Cummings-modellen för interaktion mellan materia och strålning på kvantmekanisk nivå;
- använda Bloch-ekvationerna för att beskriva ett två-nivåsystems dissipativa dynamik;
- analysera enkla kvantmekaniska algoritmer och förstå hur dessa skiljer sig gentemot klassiska algoritmer med avseende på tidskomplexitet:
- beräkna utmatningstillståndet för enkla kvantkretsar som består av elementära enstaka kvantbit operationer, sammanflätande grindar och mätningar;
- förklara och experimentellt utföra manipulation och mätning av en supraledande kvantbit
- använda Bloch-ekvationerna för att beskriva ett två-nivåsystems dissipativa dynamik;
- analysera enkla kvantmekaniska algoritmer och förstå hur dessa skiljer sig gentemot klassiska algoritmer med avseende på tidskomplexitet:
- beräkna utmatningstillståndet för enkla kvantkretsar som består av elementära enstaka kvantbit operationer, sammanflätande grindar och mätningar;
- förklara och experimentellt utföra manipulation och mätning av en supraledande kvantbit
Innehåll
Kvantmekanikens och kvantoptikens byggstenar:- kvantmekaniska tvånivåsystem (qubits), verkliga och artificiella atomer, representation i Bloch-sfären;
Vad är kvantelektrodynamik för elektroniska kretsar?
- kvantisering av elektroniska kretsar.
Växelverkan mellan ljus och materia:
- fotoner: klassiska och icke-klassiska tillstånd av ljus
- atom-fält-interaktion: Rabi-oscillationer, Jaynes-Cummings-Hamiltonianen;
- kvantmekanisk dekoherens;
- utläsning av kvantinformation, kvantmätning.
- atom-fält-interaktion: Rabi-oscillationer, Jaynes-Cummings-Hamiltonianen;
- kvantmekanisk dekoherens;
- utläsning av kvantinformation, kvantmätning.
Kvantinformation:
- kvant-algoritmer: universella kvant-grindar; Grovers och Deutsch-Joszas algoritmer;
- kvantkommunikation: teleportation och kvantmekanisk distribution av kryptografiska nycklar
- kvant-algoritmer: universella kvant-grindar; Grovers och Deutsch-Joszas algoritmer;
- kvantkommunikation: teleportation och kvantmekanisk distribution av kryptografiska nycklar
Organisation
Föreläsningar, räkneövningar, hemuppgifter, forskningsnära laboration med labbrapportLitteratur
Föreläsningsanteckningar.Följande böcker är bra men inte helt nödvändiga att skaffa:
"Introductory Quantum Optics" Christopher Gerry and Peter Knight, Cambridge University Press, ISBN-10: 052152735X
"Quantum Computation and Quantum Information" Michael A. Nielsen and Isaac L. Chuang Cambridge University Press (2000) ISBN 0 521 63503 9. Finns som e-bok på biblioteket.
Examination inklusive obligatoriska moment
Kursen består av den följande examinationsformer: fem obligatoriska inlämningsuppgifter, labbrapport och tentamen. För omtentamen, kontakta kursens examinatorer. För att klara kursen måste man få minst 40% av poäng på tentamen och delta i labbet och skicka in en skriftlig labbrapport. Betyget baseras sedan på: tentamen (50%), inlämningsuppgifter (35%) och labbrapport (15%).Kursplanen innehåller ändringar
- Ändring gjord på tentamen:
- 2020-09-30: Plussning Inte längre plussning av GRULG
Beslut GRULG, plussning ej tillåten - 2020-09-30: Plussning Inte längre plussning av GRULG
Beslut GRULG, plussning ej tillåten
- 2020-09-30: Plussning Inte längre plussning av GRULG