Introduksjon til kvanteverdenen for nyfikne

Mange vil hevde at vi nå ser en ny teknologisk revolusjon i emning - den andre kvanterevolsjonen. En revolusjon som kan komme til å endre verden på flere måter. I den forbindelse kan man stille seg flere spørsmål, for eksempel:

• Hvordan vil denne revolusjonen påvirke oss?
• Hva er den første kvanterevolusjonen?
• Og hva er egentlig kvantefysikken, som ligger til grunn for kvanteteknologien?

I dette kurset vil vi prøve å gi svar på disse spørsmålene. Og vi ønsker å gi dem på en måte som ikke legger til grunn at man kan avansert matematikk - eller har dyp kunnskap innen fysikk - fra før. Det holder med interesse og nysgjerrighet.

Gjennom semesteret vil vi, både gjennom teori, simulering og praksis, komme innom følgende tema - og undertema:

• Hvordan kvantefysikken ble til
  • Plancks strålingslov og fotoelektrisk effekt
  • Partikkel/bølge-dualitet - for lys og materie
  • Materie som bølger
• Bølgefunksjonen
  • Bølgemekanikk, tunnelering
  • Tolkning av bølgefunksjonen
  • Kollaps av bølgefunksjonen
  • Stasjonære tlistander - kvantisering
• Spinn og polarisering
  • Stern-Gerlach-eksperimentet
  • Et eksempel på kollaps: Lys gjennom polariseringsfilter
  • Samanfiltring og EPR (Einstein, Podolsky, Rosen)-paradokset
• Den første kvanterevolusjonen
  • Tunneleringsmikroskop
  • Kjermemagnetisk resonans - og spin 1/2-systemer
  • Spektroskopi
  • Laseren
• Den andre kvanterevolusjonen
  • Kvante-bits, "qubits" - eksemplifisert gjennom spin 1/2-system
  • Eksempel på kvantefordeler innan informasjonsbehandling
  • Kvantedatamaskiner og kvantealgoritmer
  • Digital og analog kvanteregning

En viss kjennskap til grunnleggende fysikk - begreper som fart, masse og energi, for eksempel - kan være en fordel. Det kan også være en fordel med litt erfaring med numerikk og simulering. Men ingen av disse tingene er nødvendige.

Ingen.

Etter å ha gjennomført dette emnet har studenten følgende læringsutbytte, definert som kunnskap, ferdigheter og generell kompetanse:

Kunnskap

Studenten

• kan gjøre rede for hovedtrekkene i den historiske utviklinga av kvantefysikken.
• har en viss forståelse for at materie må oppfattes som både bølger og partikler.
• kjenner til fenomen som er spesifikke for kvanteverdenen - som ikke har noen paralleller i den verden vi ser til daglig.
• vet hvordan visse enkle algoritmer for kvanteinformasjonsbehandling fungerer.

Ferdigheiter

Studenten

• kan vise til eksempel på hvordan kvantefenomener som tunnellering, kvantisering og sammenfiltring kan utnyttes teknologisk.
• kjenner til hovedforskjellene mellom hvordan en vanlig, klassisk datamaskin og en kvantedatamskin fungerer.
• er i stand til å sette opp og kjøre enkle kvante-program - enten på simulatorer eller på faktiske kvantedatamskiner.

Generell kompetanse

Studenten

• behersker - til en viss grad - begrepsapparatet knyttet til kvantefysikk og -teknologi.
• kan bidra konstruktivt i faglige samtaler som har med kvanteteknologi å gjøre.
• evner å diskutere og problematisere aspekt ved tolkninga av kvantefysikken.

Undervisninga vil bli lagt opp som klasseromsundervisning - på dagtid. Det vil være snakk om økter på tre timer, én gang i uka gjennom omtrent to måneder.

Deltakerne vil bli kjent med stoffet gjennom ulike tilnærminger:

• Presentasjon av stoff
• Praktiske demonstrasjoner av enkle kvante- og bølgefenomener
• Tilrettelagte simuleringer
• Kjøring av egne, små program på faktiske kvantedatamaskiner
• Gjesteforelesninger
• Diskusjoner og samtaler

Vi vil legge til rette for høy grad av student-deltagelse ved undervisinga. Det vil bli rikelig med rom for å stille spørsmål, komme med undring og diskutere ulike, til dels ikke-intuitive, aspekter ved kvantefysikk og -teknologi.

Det vil i liten grad bli lagt opp til arbeid på egenhånd mellom undervisningsøktene - ut over det å lese relevant litteratur.

Ingen.

Individuell muntlig eksamen på 30 minutter.

Ingen.

Gradert skala A-F.

To interne sensorer.

Sølve Selstø