NYFIK1000 Introduction to the Quantum World for the Curious Course description

Mange vil hevde at vi no ser ein ny teknologisk revolusjon i emning - den andre kvanterevolsjonen. Ein revolusjon som kan komme til å endre verda på fleire måtar. I samband med det, kan ein stille seg fleire spørsmål, for eksempel:

• Korleis vil denne revolusjonen påverke oss?
• Kva er den første kvanterevolusjonen?
• Og kva er eigentleg kvantefysikken, som ligg til grunn for kvanteteknologien?

I dette kurset vil vi prøve å gi svar på desse spørsmåla. Og vi ønsker å gi dei på ein måte som ikkje legg til grunn at ein kan avansert matematikk - eller har djup kunnskap om fysikk - frå før. Det held at du er interessert og nyfiken.

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

• Korleis kvantefysikken blei til
  • Plancks strålingslov og fotoelektrisk effekt
  • Partikkel/bølge-dualitet - for lys og materie
  • Materie som bølger
• Bølgefunksjonen
  • Bølgemekanikk, tunnelering
  • Tolking av bølgefunksjonen
  • Kollaps av bølgefunksjonen
  • Stasjonære tlistandar - kvantisering
• Spinn og polarisering
  • Stern-Gerlach-eksperimentet
  • Eit eksempel på kollaps: Lys gjennom polariseringsfilter
  • Samanfiltring og EPR (Einstein, Podolsky, Rosen)-paradokset
• Den første kvanterevolusjonen
  • Tunneleringsmikroskop
  • Kjermemagnetisk resonans - og spin 1/2-system
  • Spektroskopi
  • Laseren
• Den andre kvanterevolusjonen
  • Kvante-bits, "qubits" - eksemplifisert gjennom spin 1/2-system
  • Eksempel på kvantefordelar innan informasjonsbehandling
  • Kvantedatamaskinar og kvantealgoritmar
  • Digital og analog kvanterekning

Ein viss kjennskap til grunnleggande fysikk - begrep som fart, masse og energi, til dømes - kan vere ein fordel. Det kan også vere ein fordel med litt erfaring med numerikk og simulering. Men ingen av desse tinga er nødvendige.

Ingen.

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

Kunnskap

Studenten

• kan gjere greie for hovudtrekka i den historiske utviklinga av kvantefysikken.
• har ei viss forståing for at materie må oppfattast som både bølger og partiklar.
• kjenner til fenomen som er spesifikke for kvanteverda - som ikkje har nokon parallellar i den verda vi ser til dagleg.
• veit korleis visse enkle algoritmar for kvanteinformasjonsbehandling fungerar.

Ferdigheiter

Studenten

• kan vise til eksempel på korleis kvantefenomen som tunnellering, kvantisering og samanfiltring kan utnyttast teknologisk.
• kjenner til hovudforskjellane mellom korleis ei vanleg, klassisk datamaskin og ei kvantedatamskin fungerar.
• er i stand til å sette opp og køyre enkle kvante-program - anten på simulatorar eller på faktiske kvantedatamskinar.

Generell kompetanse

Studenten

• beherskar - til ei viss grad - begrepsapparatet knytt til kvantefysikk og -teknologi.
• kan bidra konstruktivt i faglege samtalar som har med kvanteteknologi å gjere.
• evnar å diskutere og problematisere aspekt ved tolkinga av kvantefysikken.

Undervisinga vil bli lagt opp som klasseromsundervising - på dagtid. Det vil vere snakk om økter på tre timar, éin gong i veka gjennom omtrent to månader.

Deltakarane vil bli kjend med stoffet gjennom ulike tilnærmingar:

• Presentasjon av stoff
• Praktiske demonstrasjonar av enkle kvante- og bølgefenomen
• Tilrettelagte simuleringar
• Køyring av eigne, små program på faktiske kvantedatamaskinar
• Gjesteførelesingar
• Diskusjonar og samtalar

Vi vil legge til rette for høg grad av student-deltaking ved undervisinga. Det vil bli rikeleg med rom for å stille spørsmål, komme med undring og diskutere ulike, til dels ikkje-intuitive, aspekt ved kvantefysikk og -teknologi.

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

Obligatorisk oppmøte

Det kreves at studenten møter opp på minst halvparten (50%) av undervisingsøktene for å kunne framstille seg for eksamen.

Individuell munnleg eksamen på 30 minutt.

Ingen.

Gradert skala A-F.

To interne sensorar.

Vi tilbyr dette kurset for alle vaksne med interesse for fagfeltet. Vi ønsker med dette kurset å vise kvifor fagfeltet er av allmenn interesse.

Men av enkelt-grupper som kan tenkjast å ha spesiell interesse, kan vi nemne lærarar og personar som jobbar innan informasjonsteknologi.

Når det gjeld den første gruppa, vil eit slikt kurs kunne gjere pedagogar betre i stand til å svare på spørsmål av typen "Kva er eigentleg kvantefysikk?" og "Korleis fungerar ei kvantedatamaskin?". I eit større perspektiv vil det også gjere lærarar - på alle nivå - betre i stand til å formidle korleis kvanteteknologi er med på å forme samfunnet, at det ikkje berre er noko for spesielt interesserte.

For personar innan IT-bransjen vil ikkje dette kurset gjere dei i stand til å bli kompetente kvante-programerarar. Men det vil gjere dei i stand til å vite kva det er snakk om. Kva fordeler ein kan ha av å bruke kvantefenomen innan informasjons- og kommunikasjonsteknologi - og kva utfordringar det kan gi.

Sølve Selstø