Kursplan för Kvantoptik och kvantinformation

Kursplan fastställd 2021-02-26 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

0113 Tentamen 7,5 hp
Betygsskala: TH		7,5 hp0 hp0 hp0 hp0 hp0 hp
  • 26 Okt 2021 fm J
  • Kontakta examinator
  • Kontakta examinator

I program

Examinator

Gå till kurshemsidan (Öppnas i ny flik)

Behörighet

Grundläggande behörighet för avancerad nivå
Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

Särskild behörighet

Engelska 6
Sökande 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

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.

Kvantinformation:
- 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 labbrapport

Litteratur

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%).

Kursens examinator får examinera enstaka studenter på annat sätt än vad som anges ovan om särskilda skäl föreligger, till exempel om en student har ett beslut från Chalmers om pedagogiskt stöd på grund av funktionsnedsättning.