3. Physikalisches Institut

Lehrveranstaltungen

Die aktuellen und zurückliegenden Lehrveranstaltungen finden in Deutsch statt und sind hier aufgeführt.
[Foto: WOLFRAM SCHEIBLE FOTOGRAFIE]

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:

light as a tool

   

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

   

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

gravitation

     

7

25.05.2016

Wed

High Precision Mass measurement

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

magnetic fields

   

11

23.06.2016

Thu

atomic vapor cell magnetometers

12

30.06.2016

Thu

single spins in solids as nanoscale sensors

electrical measurements

   

13

07.07.2016

Thu

The quantum metrological triangle

summary

     

14

14.07.2016

Thu

Vortragswichteln

 

Vorlesung: "QuanteninformationsverarbeitungProf. 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 2Prof. 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: "QuanteninformationsverarbeitungProf. 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 FestkörperphysikDr. 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
Gruppen: I – III
Räume: 2.150, 2.326 und 2.328

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
Mi 15:45-17:15 Gruppen II und III, Raum 2.558 + Raum links daneben

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
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