Kursplan för Kvantinformation och kvantoptik

Kursplanen innehåller ändringar
Se ändringar

Kursplan fastställd 2019-02-19 av programansvarig (eller motsvarande).

Kursöversikt

  • Engelskt namnQuantum optics and quantum informatics
  • KurskodFKA173
  • Omfattning7,5 Högskolepoäng
  • ÄgareMPNAT
  • UtbildningsnivåAvancerad nivå
  • HuvudområdeTeknisk fysik
  • InstitutionMIKROTEKNOLOGI OCH NANOVETENSKAP
  • BetygsskalaTH - Fem, Fyra, Tre, Underkänd

Kurstillfälle 1

  • Undervisningsspråk Engelska
  • Anmälningskod 18125
  • Blockschema
  • Sökbar för utbytesstudenterNej

Poängfördelning

0113 Tentamen 7,5 hp
Betygsskala: TH		7,5 hp
  • 29 Okt 2019 fm SB
  • Kontakta examinator
  • Kontakta examinator

I program

Examinator

Gå till kurshemsidan (Öppnas i ny flik)

Ersätter

  • FKA172 Quantum informatics

Behörighet

Information saknas

Särskild behörighet

För kurser på avancerad nivå gäller samma grundläggande och särskilda behörighetskrav som till det kursägande programmet. (När kursen är på avancerad nivå men ägs av ett grundnivåprogram gäller dock tillträdeskrav för avancerad nivå.)
Undantag från tillträdeskraven: 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 - qubits - för kvantmekanisk informationsbehandling.

Vi studerar hur materien växelverkar med elektromagnetiska fält på kvant-nivå (atomer och fotoner), och kan göra experiment som demonstrerar kvantmekanikens märkliga egenskaper, t.ex. teleportation. I dessa experiment kan vi använda "vanliga" atomer eller joner, fångade i en fälla, eller artificiella atomer: speciella supraledande mikroelektroniska kretsar med kvantmekaniska egenskaper "som om" de vore atomer. “Atomerna" växelverkar med optiska fotoner, t.ex. från en laser, eller med mikrovågsfotoner i en vågledare på ett mikrochip.

Kursen ger en orientering om detta aktiva område, och knyter an till vår forskning om kvantmekaniska elektroniska kretsar och mikrovågsfotoner.

Med sådan kvantteknologi kan vi bygga kvantdatorer och kvantkommunikationssystem. Då kan vi göra vissa beräkningar (kvant algoritmer) och simuleringar enormt mycket snabbare än vad som någonsin vore möjligt med klassiska datorer, och använda kvantkryptering för att kommunicera över absolut säkra kanaler.

Lärandemål (efter fullgjord kurs ska studenten kunna)

Efter kursen ska studenterna kunna
- 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;
- förstå skillnaden mellan klassiska och icke-klassiska elektromagnetiska fält;
- härleda Hamilton-operatorn för en elektrisk krets;
- 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

Vad är kvantelektrodynamik för elektroniska kretsar?

Kvantmekanikens och kvantoptikens byggstenar:
- kvantmekaniska tvånivåsystem (qubits), verkliga och artificiella atomer, representation i Bloch-sfären;

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 kvantkryptering.

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

Inlämningsuppgifter, labbrapport, tentamen. För omtentamen, kontakta kursens examinatorer.

Kursplanen innehåller ändringar

  • Ändring gjord på tentamen:
    • 2019-10-26: Plats Plats ändrat från M till Samhällsbyggnad av annbe
      [2019-10-29 7,5 hp, 0113]
    • 2019-09-09: Plats Plats ändrat från Johanneberg till M av grunnet
      [2019-10-29 7,5 hp, 0113]
  • Ändring gjord på kurstillfälle:
    • 2020-01-16: Examinator Examinator ändrat från Witlef Wieczorek (witlef) till Thilo Bauch (bauch) av Viceprefekt
      [Kurstillfälle 1]
    • 2020-01-08: Examinator Examinator ändrat från Thilo Bauch (bauch) till Witlef Wieczorek (witlef) av Viceprefekt
      [Kurstillfälle 1]