Vorlesung: "Grundlagen der Experimentalphysik IV (Physik der Atome und Kerne)" Prof. J. Wrachtrup, Dr. A. Volkmer
| Dozenten: | Prof. J. Wrachtrup, Dr. A. Volkmer |
| Beginn: | Donnerstag, 12. April 2018 |
| Termine: | dienstags 11:30 – 13:00 Uhr, donnerstags 09:45 – 11:15 Uhr |
| Ort: | Hörsaal 57.01, Pfaffenwaldring 57 |
| Kursnummer: | 041700000 |
| Sprache: | Deutsch |
| Klausur: | Je nach Studiengang variieren die Klausurtermine und Klausurbedingungen. (Details finden Sie unter “Prüfungsinformationen”.) |
| Klausurtermine: | SS2018 (Grundlagen der Experimentalphysik III + IV): noch nicht festgelegt |
| Materialien |
Informationen zu den Vorlesungen und Übungen (Vorlesungsaufschriebe, Übungsblätter, etc.) finden Sie in ILIAS. Link (intern): Weiter zu ILIAS |
Literatur
• Theo Mayer-Kuckuk “Atomphysik”, Teubner
• Theo Mayer Kuckuk “Kernphysik”, Vieweg+Teubner
• Hermann Haken, Hans Christoph Wolf “Atom- und Quantenphysik”, Springer
• Wolfgang Demtröder “Experimentalphysik 3”, Springer
• Wolfgang Demtröder “Experimentalphysik 4”, Springer
• Klaus Bethge, Gertrud Walter, Bernhard Wiedemann “Kernphysik – Eine Einführung”
Übungsgruppen:
Bitte auf C@MPUS für die Übungsgruppen anmelden – Link (intern): Weiter zu C@mpus
| Nr. | Tag | von-bis | Starttermin | Ort | Übungsleiter |
| 01 | Mo | 11:30-13:00 | 23.04.2018 | PWR 57-4.342 | Wenbin Rui, M.Sc. (in Englisch) |
| 02 | Di | 14:00-15:30 | 24.04.2018 | PWR 57-2.326 | Nabeel Aslam, Dipl. Phys. |
| 03 | Di | 14:00-15:30 | 24.04.2018 | PWR 57-2.328 | Thomas Oeckinghaus, Dipl. Phys. |
| 04 | Mi | 09:45-11:15 | 25.04.2018 | PWR 57-2.346 | Torsten Rendler, Dipl.-Phys. |
| 05 | Mi | 09:45-11:15 | 25.04.2018 | PWR 57-2.328 | Rainer Stöhr, Dr. |
Scheinbedingungen:
- 50% der Votierpunkte
- 2x Vorrechnen in der Übungsgruppe
Kurztests:
- Die Kurztests haben die Form von zwei Mini-Klausuren.
- Diese Mini-Klausuren sollen Ihnen bei der Vorbereitung auf die Prüfungs-Klausur helfen.
- Gegenstand der Mini-Klausuren ist jeweils der bis zum Zeitpunkt der Klausur behandelte Stoff.
- Die Mini-Klausuren werden korrigiert und benotet. Diese Noten sind die Grundlage für die Noten bei benoteten Übungsscheinen.
Prüfungsinformationen
Bitte bringen Sie Ihren Studierendenausweis mit!
Bitte 15 min vor Prüfungsbeginn erscheinen!
Zugelassene Hilfsmittel:
- nicht programmierbarer Taschenrechner;
- Handschriftliche Formelsammlung (ein DIN A4 Blatt, beidseitig beschrieben);
- Mathematische Formelsammlung.
Die Nutzung von internetfähigen Geräten, z.B. Smartphones oder Tablets, ist nicht zugelassen.
Die Klausur ist eine getrennte Prüfungsleistung unabhängig vom Übungsschein. Je nach Studiengang finden unterschiedliche Regelungen Anwendung:
B.Sc. Physik
Grundlagen der Experimentalphysik III + IV (Prüfungsnummer 39351)
Art: schriftliche Prüfung, 120 Minuten
Termin: Di, 11.09.2018, 11:00-13:00 Uhr
Raum: PWR07 – HS 7.03: alle Studierenden mit Familienenamen beginnend mit A bis N ////// PWR09 – HS 9.01: alle Studierenden mit Familienenamen beginnend mit O bis Z
Zulassungsvoraussetzungen: Scheine für Experimentalphysik III und Experimentalphysik IV
B.A. Lehramt
Grundlagen der Experimentalphysik für Lehramt III + IV (Prüfungsnummer 58961)
Art: schriftliche Prüfung, 120 Minuten
Termin: Di, 11.09.2018, 11:00-13:00 Uhr
Raum: PWR09 – HS 9.01
Zulassungsvoraussetzungen: Scheine für Experimentalphysik III und Experimentalphysik IV
Lehramt (GymPO)
Fortgeschrittene Experimentalphysik für Lehramt, Teil I: Atome und Kerne (Prüfungsnummer 27721)
Art: schriftliche Prüfung, 60 Minuten
Termin: Di, 11.09.2018, 11:00-12:00 Uhr
Raum: PWR09 – HS 9.01
Zulassungsvoraussetzung: Schein für Experimentalphysik IV
M.Ed. Lehramt
Fortgeschrittene Experimentalphysik für Lehramt, Teil I: Atome und Kerne (Prüfungsnummer 50441)
Art: schriftliche Prüfung, 60 Minuten
Termin: Di, 11.09.2018, 11:00-12:00 Uhr
Raum: PWR09 – HS 9.01
Zulassungsvoraussetzung: Schein für Experimentalphysik IV
Vorlesung: "Grundlagen der Experimentalphysik III (Optik)" Prof. Dr. Sebastian Loth, Dr. Andreas Volkmer
| Lecturers: | Prof. Dr. Sebastian Loth, Dr. Andreas Volkmer |
| Beginning: | Tuesday, October 17, 2017 |
| Lecture Time: | Tuesdays 14:00 - 15:30, Fridays 11:30 - 13:00 |
| Location: | V 57.01, Pfaffenwaldring 57 |
Vorlesung: " Quantum Information" D. Dasari, Prof. J. Wrachtrup
| Lecturers: | Prof. J. Wrachtrup and Dr. Durga Dasari |
| Exercises: | N. Abt, K. Kleinbeck, J. Greiner |
| Lecture time: | Wednesdays 14:00 to 15:30 |
| Location: | NWZ II Room 6.331 |
| Tutorial time: | Thursdays 15:45, biweekly, starting from 27.04.17 |
| Location: | NWZ II Room 6.331 |
Topics:
11.04.17 – Stabilizer Codes: construction and properties
19.04.17 – 5 qubit code; fault tolerance
26.04.17 – Experiments: superconducting qubits, spins (incl. NMR)
03.05.17 – Toric code
10.05.17 – Superconducting qubits, quantum theory of
17.05.17 – Experiments SC Qubits I
24.05.17 – Experiments SC Qubits and theory II
31.05.17 – Cavity Electrodynamics (Quantum) I
14.06.17 – Cavity Electrodynamics (Quantum) II
21.06.17 – Adiabatic Quantum Computing (D-Wave)
28.06.17 – Measurement-based Quantum Computing I
05.07.17 – Measurement-based Quantum Computing II
12.07.17 – Quantum Network (Quantum Internet) I
19.07.17 – Quantum Network (Quantum Internet) II
Hauptseminar: " Precision Measurements" A. Denisenko, I. Gerhard, P. Neumann, Prof. J. Wrachtrup
| Title: | Precision Measurements |
| Lecturers: | A. Denisenko, I. Gerhard, P. Neumann, Prof. J. Wrachtrup |
| Location: | NWZ II room 6.526 |
| Time: | Thursdays, 2 p.m. (notice exceptions) |
Topics:
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light as a tool |
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1 |
07.04.2016 |
Thu |
measuring light intensity and coping with noise |
|
2 |
14.04.2016 |
Thu |
microscopy with non-classical light |
|
3 |
21.04.2016 |
Thu |
Lasers, spectroscopy and optical frequency combs |
|
timekeeping |
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4 |
28.04.2016 |
Thu |
history of atomic clocks |
|
5 |
04.05.2016 |
Wed |
Optical clocks (e.g. quantum logic clocks, Sr lattice clock) |
|
6 |
12.05.2016 |
Thu |
GPS – time vs. location measurements |
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gravitation |
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7 |
25.05.2016 |
Wed |
High Precision Mass measurement |
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8 |
02.06.2016 |
Thu |
ultra-cold atoms as gravimetrical probe |
|
9 |
09.06.2016 |
Thu |
gravitational wave detectors |
|
10 |
16.06.2106 |
Thu |
Avogadro‘s Constant – The Avogadro Project |
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magnetic fields |
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11 |
23.06.2016 |
Thu |
atomic vapor cell magnetometers |
|
12 |
30.06.2016 |
Thu |
single spins in solids as nanoscale sensors |
|
electrical measurements |
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|
13 |
07.07.2016 |
Thu |
The quantum metrological triangle |
|
summary |
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14 |
14.07.2016 |
Thu |
Vortragswichteln |
Vorlesung: "Quanteninformationsverarbeitung" Prof. J. Wrachtrup, H.Fedder, J.Greiner, D. Dasari
| Dozenten: | Prof. J. Wrachtrup, H. Fedder, D. Dasari |
| Übungsgruppenleiter: | J. Greiner, N. Abt |
| Vorlesung: | Di, 11:30 – 13:00, Raum: 6.331 (Start: 13.10.2015) |
| Übung: | 14-tägig, Do, 15:45, Raum 4.331 (Start: 29.10.2015) |
| Sprache: | Englisch, Deutsch |
| Teilnehmer: | Master- / Bachelorstudenten |
Informationen werden gewöhnlich digital als 0 und 1 dargestellt und die Informations-Verarbeitung geschieht gegenwärtig nach rein mathematischen Prinzipien. Es bleibt aber festzustellen: „Information is physical“ und das gilt auch für die Computer die diese verarbeiten. Insbesondere bestimmt die Quantenphysik prinzipielle Grenzen der Informations-Verarbeitung und eröffnet vollkommen neue Möglichkeiten für dem Umgang mit Informationen. Im Rahmen der Vorlesung sollen die Grundlagen und Anwendungen der Quanteninformationsverarbeitung behandelt werden. Ausgehend von den quantenmechanischen Grundlagen der Informations-Verarbeitung werden Quantenalgorithmen und physikalische Realisierungen von Quanten-computern und die Quanteninformationstheorie behandelt.
Inhalt
Einführung
Quantenbits
Quantenkommunikation
Klassische vs. Quanteninformationsverarbeitung
Quantenmechanische Grundlagen
Darstellung von Gattern, Messungen und unitäre Entwicklungen
Verschränkung und nicht klassiche Korrelationen
Grundzüge der Quantenoptik
Quantenalgorithmen
Quantenschaltkreise
Quantenfouriertransformation
Quantensuchalgorithmen
Quantenkommunikation
BB84 und andere Protokolle zur Quantenkryptographie
Quantenrepeater
Physikalische Realisierungen
Supraleitende Schaltkreise
kalte Atome und kalte Ionen
NMR
NV Zentren in Diamant
Vorlesung: "Quanteninformationsverarbeitung 2" Prof. J. Wrachtrup
| Dozenten: | Prof. J. Wrachtrup |
| Vorlesung: | Quanteninformationsverarbeitung 2 |
| Raum: | Raum 6.331 (tbc) |
| Zeit: | Di., 9:45 – 11:30 (Start: 14.04.2015) |
| Sprache: | Deutsch |
| Teilnehmer: | Master-/Bachelor-Studenten |
Die Vorlesung wird sich mit den physikalischen Grundlagen der Realisierung von Quantencomputern beschäftigen. Wir werden verschiedene Hardwarekonzepte analysieren und miteinander vergleichen. Weiterhin werden wir verschiedene Konzepte für Quantencomputer untersuchen. Während adiabatische Quantencomputer bereits erste Ergebnisse als Quantensimulatoren aufweisen können, steckt die Realisierung von digitalen Quantencomputern noch in den Kinderschuhen. Neben der Verarbeitung von Information stellt die Kommunikation und sicherer Verschlüsselung (Quantenkryptographie) von Information ein wichtiges Arbeitsfeld der Quanteninformationsverarbeitung dar. In der Regel basiert die Quantenkryptographie auf der Kodierung einzelner Bits durch einzelne Photonen. Da diese aber eine begrenzte Reichweite aufweisen sind Konzepte für Quantenrepeater für die langreichweitige Quantenkommunikation und das Quanteninternet entwickelt worden. Im Rahmen der Vorlesung werden wir uns mit diesen Konzepten beschäftigen und erste experimentelle Realisierungen analysieren.
Inhalt
1. Supraleitende Qubits
1.1. H-Atom
1.2. Elektrischer Schwingkreis
1.3. Algebraische Beschreibung des LC-Kreises
1.4. Supraleiter und Supraleitende Qubits
1.5. SL Qubits, Cooper pair box und statische Aufladung
1.5 b Josephson-Junction und Quantisierung
1.5 a Grundlagen der QR von Josephson-Junctions
1.5 c Cooper pair box und andere SL Qubits
1.5 d Analyse kompl. Hamiltonian
1.5 e Induktiv abgeschlossene Qubits
1.6. Phase Qubits
1.7. Induktiv kurzgeschlossene Qubits
2. Rauschen und Dekohärenz in SL Qubits
2.1. Beispiel 2 Niveau System
3. Einführung in die Resonator- und Schaltkreis-Quantenelektrodynamik
3.1. Koaxial Resonatoren
3.2. Cavity QED – experimentelle Voraussetzungen
3.3. Quantensignaturen von Schaltkreisen
3.4. Auslesen und Kontrolle
3.5. Kopplung und Verschränkung von 2 Qubits
4. Quantenfehlerkorrektur
4.1. Typen von Fehlerkorrekturen
4.2 Stabilizer – Formalismus
4.3 Tory Code
5. Quantum Memories
5.1. Anwendung von Quantenspeichern
5.2. Quanten Memories für Photonen
5.3. Elektronische Energieniveaus in Quantenmemories
5.4. Elektromagentisch induzierte Transparenz
5.5. Photon Echo Memories
5.6. Bemerkungen
Vorlesung: "Quanteninformationsverarbeitung" Prof. J. Wrachtrup
| Dozenten: | Prof. J. Wrachtrup |
| Vorlesung: | Quanteninformationsverarbeitung |
| Raum: | Raum 6.331 (tbc) |
| Zeit: | Di., 11:30 – 13:00 (Start: 14.10.2014) |
| Sprache: | Deutsch |
| Teilnehmer: | Master-/Bachelor-Studenten |
Informationen werden gewöhnlich digital als 0 und 1 dargestellt und die Informations-Verarbeitung geschieht gegenwärtig nach rein mathematischen Prinzipien. Es bleibt aber festzustellen: „Information is physical“ und das gilt auch für die Computer die diese verarbeiten. Insbesondere bestimmt die Quantenphysik prinzipielle Grenzen der Informations-Verarbeitung und eröffnet vollkommen neue Möglichkeiten für dem Umgang mit Informationen. Im Rahmen der Vorlesung sollen die Grundlagen und Anwendungen der Quanteninformationsverarbeitung behandelt werden. Ausgehend von den quantenmechanischen Grundlagen der Informations-Verarbeitung werden Quantenalgorithmen und physikalische Realisierungen von Quanten-computern und die Quanteninformationstheorie behandelt.
Inhalt
Einführung; Überblick
Quantum Bits
Quantenkommunikation
Klassische vs Quanteninformationsverarbeitung
Quantenmechnische Grundlagen der Informationsverarbeitung
Darstellungen von Gattern, Messungen und unitären Entwicklungen
Verschränkung und nicht klassische Korrelationen
Grundzüge der Quantenoptik
Quantum Computation
Quantenschaltkreise
Quantenfouriertransformation
Quantensuchalgorithmen
Quanten Computer: Physikalische Realisierung
Quantenkommunikation
BB84 und andere Protokolle zur Quantenkryptographie
Quantenrepeater
Hauptseminar: "Hybride Quantensysteme - zwischen Grundlagenexperimenten und Anwendungen" I. Gerhardt, P. Neumann, Prof. J. Wrachtrup
Hybride Quantensysteme - zwischen Grundlagenexperimenten und Anwendungen
| Dozenten: | I. Gerhardt, P. Neumann, Prof. J. Wrachtrup |
| Raum: | NWZ II Seminarraum 6.331 |
| Zeit: | tba, wöchentlich |
| Sprache: | Deutsch/Englisch |
| Teilnehmer: | bis zu 12 |
Inhalt
Heute gibt es eine große Vielfalt an Quantensystemen, die man kohärent kontrollieren und für seine Zwecke nutzen kann. Sie reichen von elementaren Systemen wie einzelnen Photonen, Atomen oder Spins hin zu makroskopischen Systemen wie supraleitenden Schaltkreisen mit einzelnen Mikrowellenphotonen als Anregungen oder zu mikroskopischen mechanischen Oszillatoren mit einzelnen Phononen als Anregungen.
In diesem Hauptseminar beleuchten wir die aktuellen experimentellen Fortschritte bei der Verknüpfung mehrerer verschiedener Quantensysteme zum einem hybriden System welches möglichst die besten Eigenschaften seiner Bausteine kombiniert.
Die Ziele bei der Entwicklung hybrider Quantensysteme sind vielschichtig. Zum einen kann es um ganz grundlegende Aufgaben gehen, wie die Kühlung eines mechanischen Oszillators in seinen Bewegungsgrundzustand mit Hilfe von Photonen. Oder aber man versucht dem sukzessiven Kollaps eines Quantenzustandes auf die Spur zu kommen. Ein anderes Beispiel ist die Herstellung von gequetschtem Licht für verbesserte Messaperaturen durch geschickte optomechanische Kopplung. Ein weiteres Feld ist die Quanteninformationsverarbeitung, wo man viele verschiedene Quantenbit-Implementierungen benötigt deren Information von einem zum anderem Typ übertragbar sein müssen. So benötigt man gute Quantenspeicher (zum Beispiel Kernspins), gute Prozessoren (zum Beispiel Supraleitende Qubits) und gute Übertragungsqubits (zum Beispiel Photonen).
Die einzelnen Themen werden am 26.06.2014 kurz vorgestellt und an einem weiteren Termin für Interessenten vertieft und verteilt/zugewiesen. Im folgenden sind die Themenbereiche mit möglichen einzelnen Unterthemen kurz aufgelistet:
Optomechanik
- Optomechanische Kopplung in mechanischen Mikroresonatoren und die Herstellung von gequetschtem Licht.
A. H. Safavi-Naeini, et al., Squeezed light from a silicon micromechanical resonator, Nature 500, 185 (2013). - Kopplung von Mikrowellen und optischen Photonen mit einem nanomechanischen Umformer.
T. Bagci, et al., Optical detection of radio waves through a nanomechanical transducer, Nature 507, 81 (2014).
Atome
- Sympathetisches Kühlen eines Nanomechanischen Oszillators mit ultrakalten Atomen.
B. Vogell, et al., Cavity-enhanced long-distance coupling of an atomic ensemble to a micromechanical membrane, Phys. Rev. A 87, 023816 (2013). - Kohärente Kopplung zwischen einem Supraleitenden Mikrowellen-Resonator und einem Gas aus ultrakalten Atomen.
J. Verdú, et al., Strong Magnetic Coupling of an Ultracold Gas to a Superconducting Waveguide Cavity, Phys. Rev. Lett. 103, 043603 (2009). - Ionen in linearen Paulfallen simulieren den Kibble-Zurek Mechanismus für Symmetriebrechung.
S. Ulm, et al., Observation of the Kibble–Zurek scaling law for defect formation in ion crystals, Nat Commun 4, 2290 (2013). - Bottle resonators / single atom trapping & counting
O'Shea et al., Ultra-high Q whispering-gallery-mode bottle microresonators: properties and applications, Proc. SPIE 7913, Laser Resonators and Beam Control XIII, 79130N (2011) - ATTA technology (implications of atom trapping and counting /Quantenmetrologie)
Chen et al., Ultrasensitive Isotope Trace Analyses with a Magneto-Optical Trap, Vol. 286 no. 5442 pp. 1139-1141 (1999) - detecting & counting single atoms
Mabuchi et al., Real-time detection of individual atoms falling through a high-finesse optical cavity, Vol. 21, No. 17, OPTICS LETTERS (1996)
Mesoskopische Spin-Systeme
- Teleportation eines Quantenzustandes zwischen zwei Festkörper Spin-Qubits über 3m
W. Pfaff, et al., Unconditional quantum teleportation between distant solid-state quantum bits, Science 1253512 (2014). - Quantenfehlerkorrektur in einem Festkörper Spin-Register
G. Waldherr, et al., Quantum error correction in a solid-state hybrid spin register, Nature 506, 204 (2014).
Supraleitung - Kohärente Kopplung zwischen einem Supraleitenden Qubit und einem Ensemble von Elektronenspins.
Y. Kubo, et al., Hybrid Quantum Circuit with a Superconducting Qubit Coupled to a Spin Ensemble, Phys. Rev. Lett. 107, 220501 (2011). - Teleportation zwischen Supraleitenden Qubits.
L. Steffen, et al., Deterministic quantum teleportation with feed-forward in a solid state system, Nature 500, 319 (2013).
Photonen
- Interfacing solid state photons and atomic vapors
P. Siyushev, et al, Molecular photons interfaced with alkali atoms, Nature 509, 66 (2014). - Beobachtung des Kollapses eines Quantenzustandes in Echtzeit durch zerstörungsfreie Quantenmessungen
C. Guerlin, et al., Progressive field-state collapse and quantum non-demolition photon counting, Nature 448, 889 (2007). - Whispering gallery modes
Valhala, Optical microcavities, Nature 424, 839-846 (14 August 2003) - Modern photon statistics
Predojevic, Efficiency vs. multi-photon contribution test for quantum dots, Optics Express, Vol. 22, Issue 4, pp. 4789-4798 (2014) - Detecting single photons (microbolometer / loop-hole free Bell tests/ sc nano-wire detectors / detecting light with cavities
Giustina et al., Bell violation using entangled photons without the fair-sampling assumption, Nature, 497, 227–230 (2013) - Quantum randomness (primary processed / POVMs / randomness extraction/ binary entropy etc.)
Stipcevic, Quantum random number generators and their use in cryptography, http://arxiv.org/abs/1103.4381 (2011)
Vorlesung: "Quantencomputer" Prof. J. Wrachtrup
| Dozenten: | Prof. J. Wrachtrup |
| Hauptseminar: | Quantencomputer |
| Raum: | NWZII SR 6.333 |
| Zeit: | Di., 9:45-11:30 (erste Vorlesung 15.04.) |
| Sprache: | Deutsch |
| Teilnehmer: | bis zu 12 |
Übungen 14 tägig nach Vereinbarung
Informationen werden gewöhnlich digital als 0 und 1 dargestellt und die Informationsverarbeitung geschieht gegenwärtig nach rein mathematischen Prinzipien. Es bleibt aber festzustellen: „Information is physical“ und das gilt auch für die Computer die diese verarbeiten. Insbesondere bestimmt die Quantenphysik prinzipielle Grenzen der Informationsverarbeitung und eröffnet vollkommen neue Möglichkeiten für dem Umgang mit Informationen. Im Rahmen der Vorlesung sollen die Grundlagen und Anwendungen der Quanteninformationsverarbeitung behandelt werden. Ausgehend von den quantenmechanischen Grundlagen der Informationsverarbeitung werden Quantenalgorithmen und physikalische Realisierungen von Quantencomputern und die Quanteninformationstheorie behandelt.
Inhalt
Einführung; Überblick
Quantum Bits
Quantenkommunikation
Klassische vs Quanteninformationsverarbeitung
Quantenmechnische Grundlagen der Informationsverarbeitung
Lineare Algebra
Postulate der Quantenmechanik
Dichte Operatoren
Quantum Computation
Quantenschaltkreise
Quantenfouriertransformation
Quantensuchalgorithmen
Quanten Computer: Physikalische Realisierung
Hauptseminar: "Quantencomputer und -Kommunikation in Theorie und Experimenten"
P. Neumann, F. Reinhard, Prof. J. Wrachtrup
| Dozenten: | P. Neumann, F. Reinhard and Prof. J. Wrachtrup |
| Hauptseminar: | Quantencomputer und -Kommunikation in Theorie und Experimenten |
| Raum: | Raum 6.331 (tbc) |
| Zeit: | Di., 14:00-15:30 |
| Sprache: | Deutsch |
| Teilnehmer: | bis zu 12 |
| Vorbesprechung und Themenvergabe: | Do, 18.7., 13:00, Raum 6.526 |
Scheinkriterien:
- Anwesenheit bei allen Vorträgen (max. zwei Fehltermine)
- Vorbesprechung spätestens vier Wochen vor Seminarvortrag
- Probevortrag spätestens eine Woche vor Vortrag
- Vortrag, 45-60min + Diskussion
- Schriftliche Ausarbeitung bis vier Wochen nach Vortrag, 10-20 Seiten
- “Vortragswichteln”: 5min-Zusammenfassung eines anderen Vortrags am Ende des Seminars
Themen:
- Quantenmechanische Messungen und Verschränkung
- Schwache Messungen und schwache Werte
- Verschränkungsmaße, Discord und Entanglement Witnesses
- Mögliche und unmögliche Maschinen, Klonverbot, superdense coding
- Das Einstein-Podolsky-Rosen Paradoxon, Bell'sche Ungleichungen und Quantenteleportation
- Quantenkryptographie und Quantenrepeater
- Quantencomputer: Theorie
- Clusterzustände und der Einwegquantencomputer
- Quantenfehlerkorrektur
- Realisierung des QC: Quanten-Cloud-Computing
- Realisierung des QC: Quantensimulation
- Realisierung des QC: topologischer QC
- Realisierung des QC: lineare Optik
- Realisierung des QC: kontinuierliche Variablen
- Realisierung des QC: Bosonisches Sampling
- Realisierung des QC: Quantum Annealing und der d-Wave Quantencomputer
- Realisierung des QC: Ionenfallen
- Realisierung des QC: Supraleitende Qubits
Vorlesung: "Fortgeschrittene Molekül- und Festkörperphysik" Dr. R. Kolesov, Prof. J. Wrachtrup
| Dozenten: | Prof. J. Wrachtrup Dr. R. Kolesov |
| Vorlesung: | Fortgeschrittene Molekül- und Festkörperphysik, Winter-Semester 2013 |
| Raum: | V57.05 |
| Zeit: | Dienstag und Donnerstag von 9:45 – 11:15 Uhr |
| Übungen: |
Die Übungen zur Vorlesung finden wöchentlich statt Mi 15:45-17:15 |
Inhalt:
Molekülphysik:
- Makromoleküle
- Molekulare Festkörper; Exzitonen, Charge Transfer etc. Polymere; Peierls-Effekt
- Biopolymere; Proteine
- Molekulare Elektronik
- Untersuchungsmethoden: NMR
Festkörperphysik:
- Anisotropien in Phononen und Bandstruktur
- Plasmonen
- High Tc Supraleitung
- Graphen
- Oberflächenphysik
- Niedrigdimensionale Halbleiter
Literatur
Molekülphysik:
- Haken,Wolf “Molekül- und Quantenphysik”, Springer
- Demtröder “Molekülphysik”; Oldenbourg
- Engelke “Aufbau der Moleküle”, Teubner
Festkörperphysik:
- C. Kittel, “Einführung in die Festkörperphysik”, R. Oldenburg, München
- N. W. Ashcroft, N.D. Mermin, “Solid State Physics”, Holt, 1976
Vorlesung: "Experimentalphysik V (Molekül- und Festkörperphysik)" Prof. J. Wrachtrup, Dr. H. Fedder
| Dozenten: | Prof. J. Wrachtrup Dr. H. Fedder |
| Vorlesung: | Experimentalphysik V (Molekül und Festkörperphysik) WS 2012 |
| Raum: | V57.01 |
| Zeit: | Dienstag und Freitag von 9:45 – 11:15 Uhr |
| Übungen: | Die Übungen zur Vorlesung finden wöchentlich statt Räume: 2.346, 2.561, 2.558 a-c Zeit: Mo 9:45-11:15 |
Inhalt
Molekülphysik:
- Moleküle
Größen, Massen, Polarität, Suszeptibilitäten - Molekülbindung
H 2 +, H 2 -Molekül, Heitler-London, Variationsrechnung, Hund-Mulliken Bloch Ansatz, Drehimpulse bei linearen Molekülen - Symmetrien
Hückel-Verfahren, Anwendung der Gruppentheorie auf die Bestimmung von Mos
Beispiel: H 2 O - Molekülspektroskopie
Rotationsspektroskopie (starrer, nicht-starrer Rotator) Schwingungsspektroskopie, Raman-Streuung - Optische Übergänge in Molekülen
Franck-Condon Prinzip, Fluoreszenz, Phosphoreszenz
Festkörperphysik:
- Festkörperstrukturen, Gittertypen, reziprokes Gitter, Streubedingung, Gitterenergien
- Phononen
Akust.- /optischer Zweig, spezifische Wärme, Temperaturabhängigkeit, Debye-Modell, Einstein-Modell, Messung der Phononendispersion, Brillouin-,Raman -Streuung, Wärmeleitung - Elektronische Eigenschaften von Festkörpern
Freies Elektronengas, Fermi Energie, Zustandsdichte, Thermodynamik des Freien Elektronengases: Fermi Dirac Statistik, Wärmekapazität - Fast freie Elektronen
Bandstruktur, Bloch-Wellen, Schrödinger- Gleichung mit periodischem Potential, reduz. Zonenschema, Bandlücke: Metalle, Isolatoren, Halbleiter - Halbleiter
Bandlücke, direkte-indirekte Halbleiter, effektive Masse, Zyklotronresonanz, elektrische Leitfähigkeit von Halbleitern, Dotierung, pn-Übergang, Feldeffekt, Schottky-Kontakt - Magnetismus
Diamagnetismus, Paramagnetismus des freien Elektronengases, Ferromagnetismus, Curie-Weiß-Gesetz, Heisenberg-Modell, Hysterese, GMR-Effekt - Supraleitung
Widerstand, Meißner-Ochsenfeld Effekt, Supraleiter Typ1,2, Ginzburg-Landau, Grundzüge BCS - Josephson-Effekt
Josephson-Gleichungen, Josephson Effekt im Magnetfeld, SQUID
Literatur
Molekülphysik:
- Haken,Wolf “Molekül- und Quantenphysik”, Springer
- Demtröder “Molekülphysik”; Oldenbourg
- Engelke “Aufbau der Moleküle”, Teubner
Festkörperphysik:
- C. Kittel, “Einführung in die Festkörperphysik”, R. Oldenburg, München
- N. W. Ashcroft, N.D. Mermin, “Solid State Physics”, Holt, 1976
Hauptseminar: "Quantenmechanik auf dem Weg zu Anwendungen" P. Neumann, F. Reinhard, Prof. J. Wrachtrup
| Dozenten: | P. Neumann F. Reinhard Prof. J. Wrachtrup |
| Hauptseminar: | Quantenmechanik auf dem Weg zu Anwendungen |
| Raum: | Raum 6.331 (tbc) |
| Zeit: | Di., 14:00-15:30 |
Scheinkriterien:
- Anwesenheit bei allen Vorträgen (max. zwei Fehltermine)
- Vorbesprechung spätestens vier Wochen vor Seminarvortrag
- Probevortrag spätestens eine Woche vor Vortrag
- Vortrag, 45-60min.
- Schriftliche Ausarbeitung bis vier Wochen nach Vortrag
Liste der Themen
16.10. Nicht-destruktive Messungen
23.10. EPR-Paradoxon und Quantenteleportation
30.10. Quantenkryptographie und Quantenrepeater
06.11. Quantencomputer (I) – Theorie
13.11. Quantencomputer (II) – Quantensimulation
20.11. Quantencomputer (III) – topologische Quantencomputer
27.11. Quantencomputer (IV) – Experiment, Ionenfallen
04.12. Atomuhren
11.12. Der Frequenzkamm
08.01. Der Josephson-Effekt und seine Anwendungen
15.01. Gravitationswellendetektoren und gequetschtes Licht
22.01. Ultrakalte Atome als Gravimeter
29.01. Quantencomputer (V) – Experiment, lineare Optik
Vorlesung: "Physikalische Chemie V: Einführung in die Biophysikalische Chemie" Prof. Dr. Michael Börsch
| Dozenten: | Prof. Dr. Michael Börsch |
| Termin: | Mo. 11:30-13:00 |
| Raum: | S5.331 |
| Beginn: | 23.04.2012 |
Zusatzinformation
Fachaffine Schluesselqualifikationen umfassen 4 SWS. Studenten die sich fuer die biophysikalische Chemie (2 SWS) entscheiden, muessen zusaetzlich Chemistry of the Atmosphere hoeren (2 SWS).
Vorlesung: "Fortgeschrittene Molekül- und Festkörperphysik" Prof. J. Wrachtrup
Übungen: "Fortgeschrittene Molekül- und Festkörperphysik" Prof. J. Wrachtrup
| Dozenten: | Prof. J. Wrachtrup Dr. F. Reinhard Dr. H. Fedder |
| Vorlesung: | Fortgeschrittene Molekül- und Festkörperphysik, Winter-Semester 2011 |
| Raum: | V57.05 |
| Zeit: | Dienstag und Donnerstag von 9:45 – 11:15 Uhr |
| Übungen: |
Die Übungen zur Vorlesung finden wöchentlich statt Di 15:45-17:15 Gruppe I, Raum 2.558 |
Inhalt:
Molekülphysik:
- Makromoleküle
- Molekulare Festkörper; Exzitonen, Charge Transfer etc. Polymere; Peierls-Effekt
- Biopolymere; Proteine
- Molekulare Elektronik
- Untersuchungsmethoden: NMR
Festkörperphysik:
- Anisotropien in Phononen und Bandstruktur
- Plasmonen
- High Tc Supraleitung
- Graphen
- Oberflächenphysik
- Niedrigdimensionale Halbleiter
Literatur
Molekülphysik:
- Haken,Wolf “Molekül- und Quantenphysik”, Springer
- Demtröder “Molekülphysik”; Oldenbourg
- Engelke “Aufbau der Moleküle”, Teubner
Festkörperphysik:
- C. Kittel, “Einführung in die Festkörperphysik”, R. Oldenburg, München
- N. W. Ashcroft, N.D. Mermin, “Solid State Physics”, Holt, 1976
Hauptseminar : "Quantenmetrologie und Quanteninformationsverarbeitung" Prof. J. Wrachtrup
Vorlesung: "Biophysikalische Chemie I" (M. Börsch)
Quantenoptik, Metrologie und Computing
| Dozenten: | Prof. J. Wrachtrup A. Aird F. Reinhard H. Fedder |
| Haupseminar: | Quantenmetrologie und Quanteninformationsverarbeitung |
| Raum: | Raum 6.331 |
| Zeit: | Di., 14:30-16:00 |
Scheinkriterien:
- Anwesenheit bei allen Vorträgen
- Probevortrag eine Woche vorher
- Vortrag, 45-60min.
- Schriftliche Ausarbeitung bis zum Semesterende
Liste der Themen
- Das Meßproblem
- Nicht-destruktive Messungen
- Leggett-Garg Ungleichung und Quantenkontextualität
- Quantenrepeater
- Quantenmetrologie:
- Quantenmetrologie
- Atomuhren
- Nicht-klassisches Licht
- Die Schrödingergleichung des Photons
- Jaynes-Cummings Modell und Dicke Zustände
- Cavity QED mit kalten Atomen
- Circuit Cavity QED mit supraleitenden Qubits
- Quantenregister aus Ionen
- Quantenrechnen mit linearer Optik